理解 Java Sealed Classes：限制类的继承，增强代码的可控性与安全性。

Java Sealed Classes：紧箍咒还是金钟罩？🔒 解锁继承的新姿势

各位观众老爷，各位技术大咖，各位代码界的搬砖工友们，大家好！我是你们的老朋友，代码界的段子手， bug 界的终结者——BugHunter！今天咱们来聊聊Java世界里一个相对“年轻”但潜力无限的特性：Sealed Classes（密封类）。

话说Java的世界，自从引入了面向对象编程的思想，继承就成了它的核心支柱之一。但是，就像武侠小说里的绝世神功，练好了能降妖除魔，练不好就容易走火入魔。继承也是一样，用的好能扩展功能、提高代码复用性，用不好就可能导致代码的脆弱、难以维护，甚至出现安全漏洞。

想象一下，你写了一个超级重要的类，比如支付方式，你希望别人可以基于它扩展出支付宝支付、微信支付、银联支付等等，但你绝对不希望有人脑洞大开，搞出一个冥币支付！💀 这时候，Sealed Classes就像孙悟空头上的紧箍咒，给继承戴上了一道枷锁，让它在可控的范围内自由发挥，保证代码的“血统纯正”。

那么，Sealed Classes到底是什么？它又能解决什么问题？又该如何使用呢？别着急，且听我慢慢道来，今天咱们就来一起深入探讨一下Java Sealed Classes的奥秘，看看它到底是紧箍咒还是金钟罩！

什么是Sealed Classes？

简单来说，Sealed Classes是一种限制类的继承的机制。它允许你明确地指定哪些类可以继承你的类，禁止其他类进行继承。就像你在自家门口贴了张告示：“未经允许，不得入内！”，宣告了你对继承权的绝对掌控。

更专业一点的解释是：Sealed Classes允许你定义一个类或接口，并指定允许继承或实现的子类或接口的集合。编译器会强制执行这些限制，确保只有指定的类或接口才能继承或实现Sealed类或接口。

你可以把Sealed Classes想象成一个精心设计的花园，你不仅决定了花园里种什么花（允许继承的类），还用围墙把花园围了起来，防止野花野草入侵（禁止其他类继承）。

Sealed Classes 解决什么问题？

Sealed Classes的出现，并非无的放矢，它主要解决了以下几个痛点：

增强代码的可控性： 通过明确指定允许继承的类，你可以更好地控制类的层次结构，防止不受控制的继承导致代码的混乱和脆弱。就像你控制着花园里的花朵种类，确保花园的美观和秩序。
提高代码的安全性： 限制继承可以防止恶意代码通过继承来篡改你的类，从而提高代码的安全性。就像你加固了花园的围墙，防止小偷入侵。
简化模式匹配： Sealed Classes与Java 17引入的模式匹配特性配合使用，可以简化代码，使其更易于阅读和维护。就像你给花园里的每种花都贴上了标签，方便游客识别。
更清晰的设计意图： 通过使用Sealed Classes，你可以更清晰地表达你的设计意图，告诉其他开发者哪些类是允许扩展的，哪些类是不允许扩展的。就像你用路标指引着游客，让他们知道哪些地方可以参观，哪些地方禁止进入。

用一个表格来总结一下：

优点	描述	例子
增强代码的可控性	通过明确指定允许继承的类，你可以更好地控制类的层次结构，防止不受控制的继承导致代码的混乱和脆弱。	限制支付方式的种类，防止出现不合规的支付方式。
提高代码的安全性	限制继承可以防止恶意代码通过继承来篡改你的类，从而提高代码的安全性。	防止恶意代码通过继承来绕过权限验证。
简化模式匹配	Sealed Classes与Java 17引入的模式匹配特性配合使用，可以简化代码，使其更易于阅读和维护。	简化处理不同类型图形的代码。
更清晰的设计意图	通过使用Sealed Classes，你可以更清晰地表达你的设计意图，告诉其他开发者哪些类是允许扩展的，哪些类是不允许扩展的。	明确哪些类是允许扩展的，哪些类是不允许扩展的。
避免潜在的类型转换错误	当使用 sealed class 和 pattern matching 时，编译器可以推断出所有可能的子类型，因此可以避免在运行时出现意外的类型转换错误。这使得代码更加健壮，并且减少了调试的时间。	在处理不同形状时，编译器可以确保所有可能的形状都被处理，避免了遗漏。

Sealed Classes 的语法

Sealed Classes 的语法并不复杂，主要涉及以下几个关键字：

sealed: 用于声明一个类或接口为Sealed类型。
permits: 用于指定允许继承或实现Sealed类或接口的子类或接口。
non-sealed: 允许一个密封类的子类突破密封，允许它的子类可以被任何类继承。

下面我们通过几个例子来演示Sealed Classes 的用法：

例子1：Sealed Class 和 Permitted 子类

sealed class Shape permits Circle, Rectangle, Square {
    // Shape类的属性和方法
}

final class Circle extends Shape {
    // Circle类的属性和方法
}

final class Rectangle extends Shape {
    // Rectangle类的属性和方法
}

final class Square extends Shape {
    // Square类的属性和方法
}

在这个例子中，Shape类被声明为sealed，并且使用permits关键字指定了只有Circle、Rectangle和Square这三个类可以继承它。任何其他类都不能继承Shape类，否则编译器会报错。注意，被允许继承的子类必须和 sealed class 在同一个 package 下，或者在同一个 module 下声明。

例子2：Sealed Interface 和 Permitted 实现类

sealed interface Expression permits Constant, Addition {}

final class Constant implements Expression {
    int i;
    Constant(int i) { this.i = i; }
}

final class Addition implements Expression {
    Expression a, b;
    Addition(Expression a, Expression b) { this.a = a; this.b = b; }
}

这个例子与上面类似，只不过 Expression 是一个接口，并且使用 permits 关键字指定了只有 Constant 和 Addition 这两个类可以实现它。

例子3：Non-Sealed 子类

sealed class Shape permits Circle, Rectangle, Square {
    // Shape类的属性和方法
}

final class Circle extends Shape {
    // Circle类的属性和方法
}

non-sealed class Rectangle extends Shape {
    // Rectangle类的属性和方法
}

final class Square extends Shape {
    // Square类的属性和方法
}

class MyRectangle extends Rectangle {
    // MyRectangle可以继承Rectangle，因为它被声明为non-sealed
}

在这个例子中，Rectangle 类被声明为 non-sealed，这意味着它可以被任何类继承，突破了 Shape 类的密封限制。non-sealed 就像一个“赦免令”，允许特定的子类“重获自由”。

需要注意的几个点：

Sealed 类必须至少有一个子类。
Sealed 类的子类必须位于同一个包或同一个模块中。
Sealed 类的子类必须使用 final、sealed 或 non-sealed 修饰符。如果子类是 final 的，则它不能再被继承；如果子类是 sealed 的，则它仍然是密封的，需要指定允许继承的子类；如果子类是 non-sealed 的，则它可以被任何类继承。
Sealed 类可以是抽象类或接口。
Sealed 类可以有构造函数。

Sealed Classes 与模式匹配

Sealed Classes 最大的亮点之一就是与模式匹配的完美结合。Java 17 引入了模式匹配，它可以让你更简洁地处理不同类型的对象。当与 Sealed Classes 结合使用时，编译器可以推断出所有可能的子类型，从而简化代码，提高代码的可读性和安全性。

举个例子，假设我们有一个 Sealed 类 Result，它有两个子类 Success 和 Failure：

sealed class Result {
    record Success(String message) implements Result {}
    record Failure(String error) implements Result {}
}

现在，我们要编写一个函数来处理 Result 对象：

String handleResult(Result result) {
    return switch (result) {
        case Result.Success(String message) -> "Success: " + message;
        case Result.Failure(String error) -> "Failure: " + error;
    };
}

在这个例子中，我们使用了模式匹配来判断 result 对象的类型。由于 Result 是一个 Sealed 类，编译器知道只有 Success 和 Failure 这两个子类，因此不需要 default 分支，代码更加简洁明了。

如果没有 Sealed Classes，编译器就无法确定 Result 是否还有其他的子类，因此我们需要添加一个 default 分支来处理未知类型的对象，这可能会导致代码的冗余和错误。

Sealed Classes 的使用场景

Sealed Classes 在以下场景中特别有用：

枚举类型的替代品： 当你需要一个比枚举类型更强大的类型时，可以使用 Sealed Classes。Sealed Classes 可以包含状态，并且可以有自己的方法。
表示有限状态机： Sealed Classes 可以用来表示有限状态机的状态。每个状态都可以是一个 Sealed 类的子类。
定义代数数据类型： Sealed Classes 可以用来定义代数数据类型，例如 Option、Result 等。
构建领域模型： Sealed Classes 可以用来构建领域模型，例如表示不同的支付方式、不同的订单状态等。

总而言之，Sealed Classes 适用于任何需要限制继承的场景，它可以帮助你编写更安全、更可控、更易于维护的代码。

Sealed Classes 的缺点

当然，Sealed Classes 也不是万能的，它也有一些缺点：

增加了代码的复杂性： 使用 Sealed Classes 需要更多的思考和设计，需要明确地指定允许继承的类，这可能会增加代码的复杂性。
限制了代码的扩展性： Sealed Classes 限制了代码的扩展性，如果需要在未来添加新的子类，需要修改 Sealed 类的定义。
需要 Java 17 或更高版本： Sealed Classes 是 Java 17 引入的新特性，需要在 Java 17 或更高版本中使用。

因此，在使用 Sealed Classes 时，需要权衡其优点和缺点，根据实际情况选择是否使用。

Sealed Classes 的最佳实践

为了更好地使用 Sealed Classes，建议遵循以下最佳实践：

只在需要限制继承的场景中使用 Sealed Classes。 不要滥用 Sealed Classes，否则可能会增加代码的复杂性。
明确地指定允许继承的类。 避免使用 non-sealed 修饰符，除非确实需要允许任何类继承。
与模式匹配配合使用。 Sealed Classes 与模式匹配是天作之合，可以简化代码，提高代码的可读性和安全性。
编写清晰的文档。 在文档中说明 Sealed 类的作用和允许继承的子类，方便其他开发者理解和使用。

总结

Sealed Classes 是 Java 语言的一个强大特性，它可以帮助你编写更安全、更可控、更易于维护的代码。它就像一个金钟罩，保护你的代码免受恶意继承的侵害；又像一个紧箍咒，约束继承的行为，使其在可控的范围内自由发挥。

当然，Sealed Classes 也不是万能的，需要根据实际情况选择是否使用。希望通过今天的讲解，大家能够对 Sealed Classes 有更深入的了解，并在实际开发中灵活运用，让我们的代码更加健壮、安全、可靠！

最后，送大家一句话：代码虐我千百遍，我待代码如初恋！ 祝大家编程愉快，早日成为代码界的王者！ 👑