在Java里如何实现对象的深层次封装_Java封装与数据保护说明

深层次封装不是仅用private字段+public getter/setter，而是隐藏内部表示、只暴露行为契约，如用deposit()替代setBalance()、返回不可变副本而非原始引用、在构造器中严格校验参数。

为什么直接用 private 字段 + public getter/setter 不算深层次封装

很多人以为把字段设为 private、再提供 getXXX() 和 setXXX() 就完成了封装，其实这只是“语法层面的隔离”。真正的问题在于：这些方法往往直接暴露内部状态，调用方可以随意读写、甚至传入非法值，对象无法维持自身不变量（invariant）。比如一个 BankAccount 的 balance 字段，如果 setBalance(double) 允许传入负数且不校验，账户就可能进入非法状态。

深层次封装的核心是：**不让外部感知或依赖内部表示，只暴露行为契约**。这意味着：

• 避免返回可变内部对象的引用（如 List、Map、数组）
• 不提供“设值即生效”的 setter，而是用意图明确的行为方法（如 deposit()、withdraw()）
• 构造时就完成验证，拒绝非法初始状态

如何防止内部集合被外部篡改

这是最容易被忽略的漏洞。当类持有 private List tags 并提供 public List getTags() 时，调用方拿到的是原始引用，可直接 add() 或 clear()，破坏封装。

正确做法是返回不可变视图或副本：

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• JDK 10+ 推荐用 List.copyOf(tags)（返回不可修改的副本）
• 旧版本可用 Collections.unmodifiableList(new ArrayList(tags))
• 更彻底的方式是根本不暴露集合，只提供行为方法，如 hasTag(String)、addTag(String)

public class Article {
    private final List tags = new ArrayList<>();

    // ❌ 危险：返回原始引用
    // public List getTags() { return tags; }

    // ✅ 安全：返回不可变副本（JDK 10+）
    public List getTags() {
        return List.copyOf(tags);
    }

    // ✅ 更优：只暴露行为
    public void addTag(String tag) {
        if (tag != null && !tag.trim().isEmpty()) {
            tags.add(tag.trim());
        }
    }
}

用 record + 构造验证实现不可变深层封装

Java 14+ 的 record 天然适合表达“值对象”，但默认不校验参数。要实现深层次封装，必须在构造器中主动拦截非法输入。

注意：record 的紧凑构造器（canonical constructor）是唯一可控入口，所有字段赋值都经过它——这里就是校验和转换逻辑的唯一位置。

• 不要在字段声明处初始化（如 private final String name = Objects.requireNonNull(n);），那会绕过构造器逻辑
• 禁止在 record 中定义 setter 或公开可变字段
• 若需深度不可变（如嵌套对象），确保其本身也是不可变类型或已做防御性拷贝

public record Person(String name, int age) {
    public Person {
        if (name == null || name.trim().isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("name cannot be blank");
        }
        if (age < 0 || age > 150) {
            throw new IllegalArgumentException("age must be between 0 and 150");
        }
        // 注意：此处不能对 this.name 或 this.age 赋值，record 自动处理
        // 校验失败直接抛异常，record 实例不会被创建
    }
}

当必须暴露内部对象时，如何做防御性拷贝

有些场景确实需要返回内部对象（如配置类中的 Properties），这时必须做深拷贝或至少是浅拷贝+不可修改包装。关键点是：**拷贝时机在 getter 内部，且不复用已有对象**。

• 对数组：用 Arrays.copyOf(arr, arr.length)
• 对 Properties：用 new Properties() {{ putAll(original); }}（注意双大括号初始化的副作用，生产环境建议显式循环）
• 对自定义对象：若实现了 Cloneable，慎用 clone()（浅拷贝风险）；优先用构造器或 builder 创建新实例

特别注意：不要缓存并复用拷贝结果。每次调用 getter 都应生成新副本，否则缓存的副本仍可能被外部修改后影响后续调用。