面试题：Java访问控制对设计模式可维护性的影响

Question

以策略设计模式为例，分析不同的访问控制设计（比如，某些类和方法使用public，而另一些使用private）如何影响整个系统的可维护性。如果在后续项目开发中需要对策略进行扩展，不同访问控制设计会带来哪些挑战和优势？

Answer 1

策略设计模式简介

策略设计模式定义了一系列算法，将每个算法都封装起来，并且使它们可以相互替换。此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

不同访问控制对可维护性的影响

1. public访问控制
   • 优势：
     • 易于理解和使用：当类和方法是public时，开发人员可以轻松地从系统的任何部分访问它们。在策略设计模式中，如果策略接口和具体策略类的方法是public，其他开发人员可以快速了解如何使用这些策略，降低了学习成本。例如，在一个支付系统中，不同支付策略（如支付宝、微信支付）的接口和实现类的public方法可以被支付调用模块方便地调用，新开发人员能快速上手了解支付流程。
     • 便于代码复用：public成员可以在不同的模块中被复用。如果有新的业务模块需要使用某个策略类中的public方法，直接调用即可，无需额外的操作。例如，在一个电商系统中，订单处理模块和售后模块都可能复用支付策略类的一些public验证方法。
   • 劣势：
     • 降低封装性：过多的public成员可能导致系统的封装性降低。如果一个策略类的内部状态和实现细节通过public方法暴露出去，外部代码可能会错误地修改这些内部状态，破坏类的完整性，增加维护的难度。例如，如果支付策略类中一个原本用于内部计算的变量被设置为public，其他模块可能误操作该变量，导致支付计算出错。
     • 难以修改实现：由于public成员可以被广泛访问，当需要修改策略类的内部实现时，可能会影响到大量依赖这些public方法的代码。比如支付策略类需要升级支付接口版本，原本public的支付方法签名可能需要改变，这就需要修改所有调用该方法的代码，增加了维护的工作量。
2. private访问控制
   • 优势：
     • 提高封装性：private成员只能在类内部访问，这增强了类的封装性。在策略设计模式中，具体策略类可以将一些辅助方法或内部状态设置为private，确保外部代码无法直接访问和修改，从而保证了类的内部逻辑完整性。例如，在一个排序策略类中，一些用于交换元素的辅助方法可以设为private，防止外部代码错误调用。
     • 易于修改实现：由于private成员只在类内部使用，当需要修改策略类的内部实现时，只要保持public接口不变，就不会影响到其他依赖该策略的代码。比如排序策略类内部的排序算法优化，只需要修改private方法的实现，而不影响其他模块调用排序策略的方式。
   • 劣势：
     • 可复用性受限：private成员不能被外部类直接复用，这在一定程度上限制了代码的复用。如果其他模块需要类似的功能，可能需要重新实现。例如，在一个数据处理策略类中，一个private的数据清洗方法虽然高效，但其他模块无法直接复用，可能需要重新编写类似的清洗逻辑。
     • 调试难度增加：由于外部代码无法直接访问private成员，调试时获取内部状态信息可能会更困难。在排查策略类的问题时，可能需要在类内部添加更多的日志输出或调试方法来辅助定位问题。

后续项目开发中策略扩展时的挑战和优势

1. public访问控制
   • 优势：
     • 易于扩展：因为public成员易于访问，在扩展策略时，可以方便地基于现有的public方法进行新策略的开发。例如，在一个图形渲染策略系统中，如果要添加新的渲染策略，可以直接复用现有渲染策略类的public图形绘制方法作为基础，快速实现新策略。
     • 集成方便：新扩展的策略可以很容易地与现有系统集成，因为其他模块可以直接调用新策略类的public方法。比如在一个游戏开发项目中，新添加的游戏特效策略可以迅速与游戏场景模块集成，因为场景模块可以直接访问特效策略类的public展示方法。
   • 挑战：
     • 兼容性问题：扩展策略时可能会破坏与现有代码的兼容性。如果新策略类修改了现有public方法的行为，可能会导致依赖这些方法的其他模块出现问题。例如，支付策略类扩展了新的支付渠道，修改了原有的支付验证public方法逻辑，可能导致订单处理模块中基于原验证逻辑的业务出现错误。
     • 维护成本增加：随着新策略的不断扩展，大量的public方法可能会使系统变得复杂，增加维护成本。例如，在一个大型业务系统中，不断扩展的策略类的public方法使得代码调用关系错综复杂，难以理清业务逻辑。
2. private访问控制
   • 优势：
     • 稳定性高：由于private成员不对外暴露，扩展新策略时不会影响现有系统中其他模块对原有策略的使用。例如，在一个报表生成策略系统中，添加新的报表样式策略时，不会影响其他模块对现有报表生成策略的调用，因为private方法的修改不会影响public接口。
     • 低耦合：新策略的扩展与现有系统的耦合度较低。新策略类可以在内部自由实现，只要保持public接口与现有系统兼容即可。比如在一个物流配送策略系统中，新的配送策略类可以在内部使用全新的算法和数据结构，而不影响其他模块与配送策略的交互。
   • 挑战：
     • 开发难度增加：扩展新策略时，由于private成员不能直接复用，可能需要更多的代码编写工作。例如，在一个数据分析策略系统中，新策略类可能需要重新实现一些类似旧策略类private的数据预处理逻辑，增加了开发工作量。
     • 集成复杂：新策略类需要通过精心设计的public接口与现有系统集成，这可能比public访问控制下的集成更复杂。例如，新的图像识别策略类需要仔细设计public接口，以确保既能满足其他模块的调用需求，又能保证内部private实现的封装性。