面试题：Java类可见性在继承与多态中的复杂应用

Question

假设有一个Java项目，存在多层继承关系，基类使用protected修饰部分方法和成员变量。在不同包中有多个子类继承该基类，并对这些受保护成员进行重写或访问。请分析在这种情况下，不同访问修饰符对类的可见性以及方法重写规则会如何相互作用，导致哪些可能出现的问题及解决方案。

Answer 1

不同访问修饰符对类的可见性影响

1. 基类的protected成员：
   • 在Java中，protected修饰的成员变量和方法，对于同包中的所有类可见，对于不同包中的子类也可见。所以在不同包中的子类可以访问和重写基类的protected成员。
2. 子类对protected成员的重写：
   • 当子类重写基类的protected方法时，子类方法的访问修饰符不能比基类更严格。即如果基类方法是protected，子类重写方法可以是protected或者public，但不能是private。例如：

class Base {
    protected void method() {
        // 方法实现
    }
}

class Sub extends Base {
    @Override
    public void method() {
        // 重写实现
    }
}

3. 类的可见性与继承：
   • 如果基类是public，所有包中的类都可以继承它。如果基类是default（包访问权限，无修饰符），只有同包中的类可以继承它。这会间接影响到protected成员的访问，因为只有能继承基类的子类才能访问其protected成员。

可能出现的问题

1. 访问权限冲突：
   • 当子类重写方法时，如果不小心将访问修饰符设置得比基类更严格，会导致编译错误。例如：

class Base {
    protected void method() {
        // 方法实现
    }
}

class Sub extends Base {
    @Override
    private void method() { // 编译错误，访问权限比基类更严格
        // 重写实现
    }
}

2. 隐藏与重写混淆：
   • 在继承关系中，如果子类定义了与基类protected方法同名但参数列表不同的方法，这不是重写而是隐藏。这可能导致意外的行为，因为隐藏方法和重写方法的调用机制不同。例如：

class Base {
    protected void method(int i) {
        System.out.println("Base method with int param");
    }
}

class Sub extends Base {
    protected void method(String s) { // 这是隐藏，不是重写
        System.out.println("Sub method with String param");
    }
}

3. 包访问混乱：
   • 由于protected成员对同包类和不同包子类可见，可能会导致在同包中的非子类意外访问到protected成员，从而破坏类的封装性。例如：

package com.example;
class Base {
    protected int value;
}

package com.example;
class NonSub {
    public void accessBase() {
        Base base = new Base();
        base.value = 10; // 同包非子类可以访问protected成员
    }
}

解决方案

1. 仔细检查重写方法的访问权限：
   • 在重写protected方法时，确保子类方法的访问修饰符符合规则，要么与基类相同（protected），要么更宽松（public）。
2. 明确方法重写意图：
   • 为了避免隐藏与重写混淆，在重写方法时使用@Override注解。如果不小心写成隐藏方法，编译器会报错。例如：

class Base {
    protected void method(int i) {
        System.out.println("Base method with int param");
    }
}

class Sub extends Base {
    @Override // 如果方法签名不匹配，编译器会报错
    protected void method(int i) {
        System.out.println("Sub method with int param");
    }
}

3. 强化封装性：
   • 如果不希望同包中的非子类访问protected成员，可以考虑将相关逻辑封装在内部方法中，通过公开方法间接访问。或者将protected成员改为private，通过公开的访问器方法访问。例如：

class Base {
    private int value;
    public int getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(int value) {
        this.value = value;
    }
}