Java
Java 17推出的新特性Sealed Classes经历了2个Preview版本（JDK 15中的JEP 360、JDK 16中的JEP 397），最终定稿于JDK 17中的JEP 409。Sealed Classes有两种主流翻译：密封类、封闭类。个人喜欢前者多一些，所以在本文中都称为密封类。其实Sealed Classes的其他许多语言中并不是什么新鲜事物，C#、Scala等高级语言中都有类似的名称，但意义和作用各不相同。下面就来一起认识一下Java 17中的Sealed Classes。

密封类的作用

在面向对象语言中，可以通过继承（extend）来实现类的能力复用、扩展与增强。但有的时候，有些能力不希望被继承了去做一些不可预知的扩展。所以，需要对继承关系有一些限制的控制手段。而密封类的作用就是限制类的继承。

已有的限制手段

对于继承能力的控制，Java很早就已经有一些了，主要是这两种方式：

  1. final修饰类，这样类就无法被继承了
  2. package-private类，可以控制只能被同一个包下的类继承

但很显然，这两种限制方式的粒度都非常粗，如果有更精细化的限制需求的话，是很难实现的。

新手段：密封类

为了进一步增强限制能力，Java 17中的密封类增加了几个重要关键词：

  • sealed：修饰类/接口，用来描述这个类/接口为密封类/接口
  • non-sealed：修饰类/接口，用来描述这个类/接口为非密封类/接口
  • permits：用在extends和implements之后，指定可以继承或实现的类

下面通过一个例子来理解这几个关键词的用法。
假设要设计一个游戏，这个游戏给用户选择的英雄种类分为三大类：

  • 坦克
  • 输出
  • 辅助

每个种类下又有各种不同的具体英雄。所以，从传统的面向设计思路，会这样来创建：

  1. // 英雄基类
  2. public class Hero {
  4. }
  6. // 坦克英雄的抽象
  7. public class TankHero extends Hero {
  9. }
  11. // 输出英雄的抽象
  12. public class AttackHero extends Hero {
  14. }
  16. // 辅助英雄的抽象
  17. public class SupportHero extends Hero {
  19. }
  21. // 坦克英雄：阿利斯塔
  22. public class Alistar extends TankHero {
  24. }
  26. // 输出英雄：伊泽瑞尔
  27. public class Ezreal extends AttackHero {
  29. }
  31. // 辅助英雄：索拉卡
  32. public class Soraka extends SupportHero {
  34. }

整体结构有三层，具体如下图所示：
Java 17中的新特性：“密封类” - 图1

  • 第一层：Hero是所有英雄的基类，定义英雄的基础属性
  • 第二层：按英雄的分类的三个不同抽象，定义同类英雄的公共属性
  • 第三层：具体英雄的定义

这个时候，为了避免开发人员在创建新英雄的时候，搞乱这样的三层结构。就可以通过引入密封类的特性来做限制。
假设希望第一、第二层是稳定的，对于第二层英雄种类的抽象不允许再增加，此时就可以这样写：

  1. public sealed class Hero permits TankHero, AttackHero, SupportHero {
  3. }

通过sealed关键词和permitspermits关键来定义Hero是一个需要密封的类，并且它的子类只允许为TankHero, AttackHero，SupportHero这三个。
完成这个改造之后，会发现TankHero, AttackHero, SupportHero这三个类开始报错了，具体错误如下：

sealed, non-sealed or final modifiers expected

这是因为父类Hero被sealed修饰之后，sealed的密封要求被传递过来，此时子类就必须在sealed、non-sealed、final之间选择一个定义，它们分别代表：

  • sealed：继续延续密封类特性，可以继续指定继承的类，并传递密封定义给子类
  • non-sealed：声明这个类为非密封类，可以被任意继承
  • final：不允许继承

根据上面的假设需求，第一、第二层稳定，允许第三层具体英雄角色可以后期不断增加新英雄，所以三类抽象英雄的定义可以这样编写：

  1. public non-sealed class TankHero extends Hero {
  3. }

而对于第三层的英雄角色，已经是最后的具体实现，则可以使用final定义来阻断后续的继承关系，比如这样：

  1. public final class Ezreal extends AttackHero {
  3. }

通过这样的设置，这三层英雄的结构中第一第二层就得到了比较好的保护。