面试题：复杂Java系统中类设计与访问控制符的优化

Question

假设你正在维护一个大型Java企业级应用，其中有多个模块和大量的类。某些类之间存在复杂的依赖关系，同时需要保证数据的安全性和系统的可维护性。请详细描述你会如何运用访问控制符和类设计原则来优化这个系统的架构，特别是在处理跨模块访问和避免过度耦合方面。并分析可能遇到的问题及解决方案。

Answer 1

运用访问控制符优化架构

1. 类成员访问控制：
   • private：对于类内部的属性和方法，如果仅在类自身内部使用，将其设置为private。例如，某个类中的辅助计算方法，仅为类内其他业务方法服务，不希望外部访问，就设为private。这样可以隐藏类的实现细节，提高数据安全性，防止外部非法修改数据。
   • protected：若希望子类能够访问某些属性或方法，但不允许其他无关类访问，使用protected。比如，一个基础业务类中的通用业务逻辑方法，子类可能需要扩展或复用，就可以设为protected。
   • 默认（包访问权限）：当某些类或成员只希望在同一个包内的其他类访问时，使用默认访问权限。在一个模块中，内部类之间可能有一些协作关系，不需要对外暴露，使用默认权限可限制访问范围在模块内部。
   • public：只有那些确实需要被外部广泛访问的类、属性或方法才设为public。比如，对外提供的API接口类，需要让其他模块或外部系统调用，就设为public。
2. 跨模块访问：
   • 尽量减少不同模块之间类的直接访问。可以通过提供专门的接口层（使用public修饰），接口内部方法根据需要合理使用访问控制符。例如，一个模块对外提供数据查询服务，定义一个DataQueryService接口为public，接口中的方法根据实际情况使用public或protected，这样其他模块只能通过接口访问该模块的功能，降低了耦合度。

运用类设计原则优化架构

1. 单一职责原则：确保每个类只负责一项主要功能。比如，在用户管理模块中，将用户信息存储、用户登录认证等功能分别放在不同的类中。这样每个类的功能明确，易于维护和扩展，当某个功能需要修改时，不会影响到其他无关功能。
2. 开闭原则：类应该对扩展开放，对修改关闭。例如，在业务逻辑处理类中，可以通过抽象类或接口定义通用的业务处理流程，具体的业务实现由子类来完成。当有新的业务需求时，通过创建新的子类来扩展功能，而不是修改现有类的代码，减少对现有系统的影响。
3. 依赖倒置原则：高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖抽象；抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。在跨模块调用中，使用接口或抽象类来定义模块间的依赖关系。比如，订单模块依赖支付模块，订单模块不直接依赖具体的支付实现类，而是依赖支付接口，支付模块实现该接口。这样当支付方式发生变化时，订单模块不需要修改，只需要修改支付模块的接口实现即可。
4. 接口隔离原则：客户端不应该依赖它不需要的接口。将大的接口拆分成多个小的接口，让类只实现它需要的接口。例如，在一个电商系统中，商品管理模块可能有查询商品、添加商品、修改商品等功能，分别定义不同的接口，不同的业务类根据需求实现相应接口，避免了一个类实现过多不需要的方法，降低耦合度。

可能遇到的问题及解决方案

1. 问题：访问控制过严导致功能无法实现。例如，在子类中无法访问父类中某些关键的属性或方法，因为访问控制符设置过严。
   • 解决方案：合理调整访问控制符，如将private改为protected，但要谨慎操作，确保不会破坏数据安全性和系统的封装性。同时，可以通过在父类中提供public或protected的访问方法来间接访问这些属性。
2. 问题：过度使用接口和抽象类导致代码复杂度增加。例如，为了遵循设计原则，创建了大量的接口和抽象类，使得代码结构变得复杂，难以理解和维护。
   • 解决方案：在遵循设计原则的同时，要权衡代码的复杂度。对于一些简单的功能，不需要过度抽象。定期对代码进行重构，简化不必要的抽象层，确保代码的可读性和可维护性。
3. 问题：跨模块依赖管理困难。随着系统的不断扩展，模块之间的依赖关系可能变得错综复杂，难以梳理和维护。
   • 解决方案：使用依赖管理工具，如Maven或Gradle，清晰地管理模块之间的依赖关系。同时，建立模块依赖文档，记录每个模块的依赖模块和依赖原因，方便开发人员理解和维护。在架构设计阶段，尽量遵循层次化架构，将模块分为不同层次，限制跨层次的直接依赖，降低依赖的复杂度。