Java的包和访问修饰符是实现封装和模块化的基石。
本文将详细探讨Java包的概念、各种访问修饰符的含义和应用，并追溯从传统的访问控制到现代模块化设计的演进路径。
一、包（Package）
在Java中，包是一系列相关类、接口、枚举和注解的集合，它提供了命名空间管理和访问保护机制。
1、包的用途：
- 组织代码：把功能相近或相关的代码组织在一起，便于查找和管理。比如，java.util包含了各种工具类，java.io包含了输入输出相关的类。
- 防止命名冲突：不同包里可以有同名的类。通过使用完全限定名（包名.类名），可以唯一地标识一个类。比如，java.util.Date 和 java.sql.Date。
- 访问控制：包是默认访问权限的作用域，我们将在后续讨论访问修饰符时详述。
2、声明包：
在Java源文件的开头，使用package关键字声明这个文件中的类所属的包。
如果没有package声明，这个类属于一个未命名的默认包。一般不建议在生产代码中使用默认包，因为使用默认包代码很难组织和重用。
默认包直接在根目录下：
3、包的命名约定
一般情况下使用反向的组织域名作为包名的前缀，来确保全局唯一性。
比如，我公司的域名是snail.lazy.com，那我的项目Java100Day里的工具类可以放在 com.lazy.snail.utils 包中。包名通常全小写。
4、导入包中的类
如果需要使用其他包中的类时，可以使用import语句将其导入，从而在代码中直接使用类名，这样就不需要写完全限定名了。
- 导入特定类：import java.util.ArrayList;
- 按需导入（导入整个包中的公共类和接口）：import java.util.*; （注意：这并不会导入子包的内容）
- 静态导入（static import）：允许导入类的静态成员（字段和方法），从而可以直接使用静态成员名。
5、包和目录结构
Java包的结构通常直接映射到文件系统的目录结构。
例如，包com.lazy.snail.day17中的Day17Demo文件，他的物理路径通常是是：项目根目录/src/com/lazy/snail/day17/Day17Demo.java。
二、访问修饰符
访问修饰符用于控制类、接口、构造器、字段和方法的可见性（即可访问范围）。Java提供了四个主要的访问修饰符：
1、private
- 可见范围：仅在声明它的同一个类内部可见。
- 适用对象：成员变量、成员方法、构造器、内部类。
- 用途：实现类的封装，隐藏内部实现细节，是限制性最强的修饰符。
package com.lazy.snail.day17;
/**
* @ClassName Day17Demo
* @Description TODO
* @Author lazysnail
* @Date 2025/6/3 9:32
* @Version 1.0
*/
public class Day17Demo {
private double balance;
private void calculateInterest() {
}
public void deposit(double amount) {
if (amount > 0) {
this.balance += amount;
calculateInterest();
}
}
}
balance是private修饰的私有成员变量，calculateInterest是private修饰的私有方法。
在Day17Demo类中，都可以直接访问。
2、default
- 可见范围：仅在同一个包内的其他类可见。如果没有明确指定访问修饰符，默认就是default。
- 适用对象：类（顶级类）、接口（顶级接口）、成员变量、成员方法、构造器、内部类。
- 用途：当希望某些类或成员仅供同一包内的其他相关类使用时，这是一种有用的封装方式。
package com.lazy.snail.day17.graphics;
/**
* @ClassName Shape
* @Description TODO
* @Author lazysnail
* @Date 2025/6/3 9:54
* @Version 1.0
*/
class Shape {
int colorCode;
void draw() {
}
}
Circle和Shape同属一个包：
package com.lazy.snail.day17.graphics;
/**
* @ClassName Circle
* @Description TODO
* @Author lazysnail
* @Date 2025/6/3 9:54
* @Version 1.0
*/
public class Circle extends Shape {
public void render() {
colorCode = 10;
draw();
}
}
Circle类中可以直接访问Shape类中没有修饰符的colorCode变量和draw方法（没有修饰符等价于default修饰）。
如果在com.lazy.snail.day17.graphics2包中定义一个Triangle类，尝试访问Shape。
package com.lazy.snail.day17.graphics2;
import com.lazy.snail.day17.graphics.Shape;
/**
* @ClassName Triangle
* @Description TODO
* @Author lazysnail
* @Date 2025/6/3 10:14
* @Version 1.0
*/
public class Triangle {
Shape shape;
}
直接出现了编译错误。
3、protected
- 可见范围：同一个包内的其他类；不同包中的子类（通过继承关系访问父类的protected成员）。
- 适用对象：成员变量、成员方法、构造器、内部类。（注意：顶级类和接口不能是protected）
- 用途：常用于希望基类向其子类暴露某些方法或字段，同时对包外的非子类保持隐藏。
package com.lazy.snail.day17.vehicles;
/**
* @ClassName Vehicle
* @Description TODO
* @Author lazysnail
* @Date 2025/6/3 10:22
* @Version 1.0
*/
public class Vehicle {
protected String model;
protected void startEngine() {
System.out.println("启动引擎");
}
}
Truck和Vehicle同属一个包com.lazy.snail.day17.vehicles，Truck可以直接访问Vehicle中protected修饰的model和startEngine。
package com.lazy.snail.day17.cars;
import com.lazy.snail.day17.vehicles.Vehicle;
/**
* @ClassName Car
* @Description TODO
* @Author lazysnail
* @Date 2025/6/3 10:24
* @Version 1.0
*/
public class Car extends Vehicle {
public void ignition() {
model = "奥拓";
startEngine();
}
}
Car和Vehicle不属于同一个包，但是Car通过extends关键字继承了Vehicle，Car中同样可以访问Vehicle中protected修饰的model和startEngine。
package com.lazy.snail.day17.cars;
import com.lazy.snail.day17.vehicles.Vehicle;
/**
* @ClassName Garage
* @Description TODO
* @Author lazysnail
* @Date 2025/6/3 10:24
* @Version 1.0
*/
public class Garage {
public void serviceVehicle() {
Vehicle v = new Vehicle();
v.model = "五菱宏光";
v.startEngine();
}
}
Garage既不与Vehicle同属一个包，又没有继承Vehicle，所以无法访问Vehicle中protected修饰的model和startEngine。
4、public
- 可见范围：对所有类可见，无论它们在哪个包中。
- 适用对象：类（顶级类）、接口（顶级接口）、成员变量、成员方法、构造器、内部类。
- 用途：定义应用程序的公共API，是限制性最弱的修饰符。
5、四个修饰符对比小结
| 修饰符 | 同类内部 | 同包 | 不同包子类 | 不同包非子类 |
|---|---|---|---|---|
| private | ✔ | ✘ | ✘ | ✘ |
| default | ✔ | ✔ | ✘ | ✘ |
| protected | ✔ | ✔ | ✔ | ✘ |
| public | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
三、传统的封装
在Java 9之前，包和访问修饰符是Java实现封装和访问控制的主要手段。
通过把类的字段设为private，并提供public或protected的getter/setter方法，可以控制对内部状态的访问和修改。
public类和public/protected成员构成了库或框架的公共API。default和private成员则用于隐藏内部实现。 default访问级别在某种程度上模拟了C++中的“友元”概念，允许一个包内的类紧密协作，共享实现细节，而对包外隐藏这些细节。
这些机制在大多数情况下，都非常有效，但是在某些情况下还是有一定的局限性，比如：
如果CLASSPATH中存在多个版本的同一个库，或者存在名称冲突的类，程序可能会加载错误版本的类，导致意外行为或LinkageError。
一旦一个类被声明成public，它对所有能访问到这个JAR包的代码都是可见的。
没办法做到“这个public类只对我的另一个特定JAR包可见，而对其他JAR包不可见”。
我们很难真正隐藏那些不应作为公共API但又必须是public的内部实现类（比如，为了跨包的内部框架使用）。
JAR文件本身不包含关于其依赖项的元数据。我们需要手动管理依赖，或者依赖Maven/Gradle等构建工具，但这主要是在构建时解决，运行时还是可能遇到问题。
这些局限性主要体现在构建大型、模块化系统的时候，做一般开发时，其实比较少遇到。
针对这些局限性，Java官方还是对封装访问机制做了迭代升级，就是下一章讲的模块化。
四、模块化
Java 9引入了Java平台模块系统，就是为了解决第三章描述的局限性，提供更强的封装和更可靠的配置。
1、什么是模块？
模块是一个命名的、自描述的代码和数据集合。
它通常包含一组相关的包和一个模块描述符（module-info.java）文件。
模块描述符定义了模块的名称、它依赖的其他模块、它向其他模块导出的包等。
2、模块的核心概念和关键字
module-info.java：位于模块根目录下的特殊文件，用于声明模块。
/**
* Defines the JDBC API.
*
* @uses java.sql.Driver
*
* @moduleGraph
* @since 9
*/
module java.sql {
requires transitive java.logging;
requires transitive java.transaction.xa;
requires transitive java.xml;
exports java.sql;
exports javax.sql;
uses java.sql.Driver;
}
requires <module.name>;：声明这个模块依赖于另一个模块。
这意味着本模块可以访问目标模块导出的所有public类型。
requires transitive <module.name>;：传递性依赖。如果模块A requires transitive B，模块B requires C，那么依赖模块A的模块也会隐式地依赖模块B和C（如果B也传递了C的依赖）。
exports <package.name>;：把指定包中的所有public类型（及其public和protected成员）暴露给所有依赖本模块的其他模块。这是模块定义其公共API的主要方式。
uses <service.interface.name>;：声明本模块使用一个服务接口。
3、模块怎么改变访问控制
即使一个类是public的，如果它所在的包没有被其模块exports，那么其他模块也没办法访问这个类。
这是模块系统提供的核心优势。一个模块可以拥有很多public的类供模块内部使用，但只选择性地exports一小部分作为其稳定的公共API。
模块之间形成了边界。一个模块默认不能读取另一个模块的内容，除非存在明确的requires关系，并且目标模块exports了相应的包。
在模块化世界中，一个类型是public仅仅意味着它在包内是公共的。要使其在模块外可见，其所在的包必须被模块导出，并且调用方模块必须依赖当前模块。
4、模块化有什么好处
模块显式声明依赖，JVM可以在启动时校验依赖关系是否存在。
模块内部的非导出包得到了真正的隐藏，即使其中的类是public的。这使得库开发者可以更自由地组织内部结构，而不用担心内部实现被外部误用。
JDK本身也被模块化了，允许开发者创建只包含应用程序所需模块的自定义JRE，减小部署体积。
结语
理解包的组织作用和四种访问修饰符 (private, default, protected, public) 的精确含义是Java开发的基础。
掌握Java平台模块系统，特别是requires和exports等概念，是在现代Java开发中构建清晰、可靠、可伸缩应用程序的关键。
下一篇预告
Day18 | 深入理解Object类
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