面试题：Java访问控制符在复杂继承层次结构中的深度分析

Question

假设有一个复杂的Java继承体系，A类是顶层父类，B类继承自A类，C类继承自B类，D类继承自C类。A类中有一个成员方法使用了protected访问控制符。在不同的包结构下（如A、B、C、D类在同一个包，或B、C、D类在不同包），分析每个子类对该protected方法的访问权限及可继承性，同时探讨这种继承关系下如何通过合理设置访问控制符来实现既保证代码的安全性又便于子类扩展。请用详细的代码和文字说明。

Answer 1

同一包下的情况

1. 访问权限及可继承性分析：
   • 在Java中，当子类和父类在同一个包中时，子类可以访问父类的protected成员。
   • 由于继承机制，子类会继承父类的protected方法。
2. 代码示例：

package com.example.samepackage;

class A {
    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("This is a protected method in A");
    }
}

class B extends A {
    public void callProtectedMethod() {
        protectedMethod();// B类可以访问从A类继承的protected方法
    }
}

class C extends B {
    public void callProtectedMethodFromC() {
        protectedMethod();// C类可以访问从A类继承的protected方法
    }
}

class D extends C {
    public void callProtectedMethodFromD() {
        protectedMethod();// D类可以访问从A类继承的protected方法
    }
}

3. 测试代码：

package com.example.samepackage;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
        d.callProtectedMethodFromD();
    }
}

在上述代码中，B、C、D类都能访问A类的protectedMethod，因为它们在同一个包中，这体现了protected成员在同包下的可访问性和可继承性。

不同包下的情况

1. 访问权限及可继承性分析：
   • 当子类和父类不在同一个包中时，子类仍然可以继承父类的protected方法。
   • 但是，只有通过子类的实例才能访问protected方法，而不能通过父类的实例访问。
2. 代码示例：

package com.example.parentpackage;

public class A {
    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("This is a protected method in A");
    }
}

package com.example.childpackage;

import com.example.parentpackage.A;

class B extends A {
    public void callProtectedMethod() {
        protectedMethod();// B类可以访问从A类继承的protected方法
    }
}

class C extends B {
    public void callProtectedMethodFromC() {
        protectedMethod();// C类可以访问从A类继承的protected方法
    }
}

class D extends C {
    public void callProtectedMethodFromD() {
        protectedMethod();// D类可以访问从A类继承的protected方法
    }
}

3. 测试代码：

package com.example.childpackage;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
        d.callProtectedMethodFromD();
    }
}

在这个例子中，B、C、D类在不同包中，但仍然可以继承并通过自身实例访问A类的protected方法。

合理设置访问控制符以保证安全性和便于子类扩展

1. 保证安全性：
   • 使用private访问控制符来隐藏类内部的实现细节，防止外部直接访问，从而保证安全性。例如，如果A类中有一些辅助方法，这些方法只供A类内部使用，不希望子类或其他类直接调用，就可以将这些方法设为private。
2. 便于子类扩展：
   • 使用protected访问控制符，允许子类在需要时访问和重写父类的方法，实现扩展功能。例如，如果A类提供了一个基本的功能方法，子类可能需要根据自身需求对该方法进行定制化，就可以将该方法设为protected，子类在继承后可以重写该方法来实现自己的逻辑。
   • 同时，合理使用public访问控制符，对于需要提供给外部调用的功能方法，设为public。但要注意，过多的public方法可能会暴露过多的实现细节，影响安全性，所以要谨慎设置。例如，A类中有一些稳定的、通用的功能方法，外部类需要调用这些方法来完成某些操作，就可以将这些方法设为public。

通过合理组合private、protected和public访问控制符，可以在保证代码安全性的同时，便于子类进行扩展，实现良好的代码结构和可维护性。