（五）Java 修饰符

目录

一. 前言

二. 访问控制修饰符

2.1. 默认访问修饰符 - 不使用任何关键字

2.2. 私有访问修饰符 - private

2.3. 公有访问修饰符 - public

2.4. 受保护的访问修饰符 - protected

2.5. 访问控制和继承

三. 非访问控制修饰符

3.1. static 修饰符

3.2. final 修饰符

3.3. abstract 修饰符

3.4. synchronized 修饰符

3.5. transient 修饰符

3.6. volatile 修饰符

四. 课后习题

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一. 前言

    Java 语言提供了很多修饰符，主要分为以下两类：访问修饰符和非访问修饰符。修饰符用来定义类、方法或者变量，通常放在语句的最前端。

我们通过下面的例子来说明：

public class className {
   // ...
}

private boolean myFlag;

static final double weeks = 9.5;

protected static final int BOXWIDTH = 42;

public static void main(String[] args) {
   // 方法体
}

二. 访问控制修饰符

    Java 中，可以使用访问控制符来保护对类、变量、方法和构造方法的访问。Java 支持4种不同的访问权限：

1. 默认的，也称为 default，在同一包内可见，不使用任何修饰符。
2. 私有的，以 private 修饰符指定，在同一类内可见。
3. 公有的，以 public 修饰符指定，对所有类可见。
4. 受保护的，以 protected 修饰符指定，对同一包内的类和所有子类可见。

2.1. 默认访问修饰符 - 不使用任何关键字

    使用默认访问修饰符声明的变量和方法，对同一个包内的类是可见的。接口里的变量都隐式声明为 ​public static final，而接口里的方法默认情况下访问权限为 ​public​。

实例：如下例所示，变量和方法的声明可以不使用任何修饰符。

String version = "1.5.1";

boolean processOrder() {
   return true;
}

2.2. 私有访问修饰符 - private

    私有访问修饰符是最严格的访问级别，所以被声明为 private 的方法、变量和构造方法只能被所属类访问，并且类和接口不能声明为 private。

    声明为私有访问类型的变量只能通过类中公共的 getter 方法被外部类访问。

    private 访问修饰符的使用主要用来隐藏类的实现细节和保护类的数据。

下面的类使用了私有访问修饰符：

public class Logger {
   private String format;

   public String getFormat() {
      return this.format;
   }

   public void setFormat(String format) {
      this.format = format;
   }
}

实例中，Logger 类中的 format 变量为私有变量，所以其他类不能直接得到和设置该变量的值。为了使其他类能够操作该变量，定义了两个 ​public ​方法：​getFormat() ​（返回 format 的值）和​setFormat(String)​（设置 format 的值）。

2.3. 公有访问修饰符 - public

    被声明为 public 的类、方法、构造方法和接口能够被任何其他类访问。

    如果几个相互访问的 public 类分布在不同的包中，则需要导入相应 public 类所在的包。由于类的继承性，类所有的公有方法和变量都能被其子类继承。

以下函数使用了公有访问控制：

public static void main(String[] args) {
   // ...
}

Java 程序的 main() 方法必须设置成公有的，否则，Java 解释器将不能运行该类。

2.4. 受保护的访问修饰符 - protected

    被声明为 protected 的变量、方法和构造器能被同一个包中的任何其他类访问，也能够被不同包中的子类访问。

    protected 访问修饰符不能修饰类和接口，方法和成员变量能够声明为 protected，但是接口的成员变量和成员方法不能声明为 protected。

    子类能访问 protected 修饰符声明的方法和变量，这样就能保护不相关的类使用这些方法和变量。

下面的父类使用了 protected 访问修饰符，子类重载了父类的 openSpeaker() 方法。

class AudioPlayer {
   protected boolean openSpeaker(Speaker sp) {
      // 实现细节
   }
}

class StreamingAudioPlayer extends AudioPlayer {
   boolean openSpeaker(Speaker sp) {
      // 实现细节
   }
}

如果把 openSpeaker() 方法声明为 private，那么除了 AudioPlayer 之外的类将不能访问该方法。

如果把 openSpeaker() 声明为 public，那么所有的类都能够访问该方法。

如果我们只想让该方法对其所在类的子类可见，则将该方法声明为 protected。

2.5. 访问控制和继承

请注意以下方法继承的规则：

1. 父类中声明为 public 的方法在子类中也必须为 public。
2. 父类中声明为 protected 的方法在子类中要么声明为 protected，要么声明为 public。不能声明为 private。
3. 父类中声明为 private 的方法，不能够被继承。

三. 非访问控制修饰符

为了实现一些其他的功能，Java 也提供了许多非访问修饰符。

static 修饰符，用来创建类方法和类变量。

final 修饰符，用来修饰类、方法和变量，final 修饰的类不能够被继承，修饰的方法不能被继承类重新定义，修饰的变量为常量，是不可修改的。

abstract 修饰符，用来创建抽象类和抽象方法。

synchronized 和 volatile 修饰符，主要用于线程的编程。

3.1. static 修饰符

静态变量：static 关键字用来声明独立于对象的静态变量，无论一个类实例化多少对象，它的静态变量只有一份拷贝。静态变量也被称为类变量。局部变量不能被声明为 static 变量。

静态方法：static 关键字用来声明独立于对象的静态方法。静态方法不能使用类的非静态变量。静态方法从参数列表得到数据，然后计算这些数据。

对类变量和方法的访问可以直接使用 ​classname.variablename​ 和 ​classname.methodname​ 的方式访问。

如下例所示，static 修饰符用来创建类方法和类变量：

public class InstanceCounter {
   private static int numInstances = 0;

   protected static int getCount() {
      return numInstances;
   }

   private static void addInstance() {
      numInstances++;
   }

   InstanceCounter() {
      InstanceCounter.addInstance();
   }

   public static void main(String[] args) {
      System.out.println("Starting with " + InstanceCounter.getCount() + " instances");
      for (int i = 0; i < 500; ++i) {
          new InstanceCounter();
      }
      System.out.println("Created " + InstanceCounter.getCount() + " instances");
   }
} 

// 运行结果：
Started with 0 instances
Created 500 instances

3.2. final 修饰符

final 变量：final 变量能被显式地初始化并且只能初始化一次。被声明为 final 的对象的引用不能指向不同的对象。但是 final 对象里的数据可以被改变。也就是说 final 对象的引用不能改变，但是里面的值可以改变。

final 修饰符通常和 static 修饰符一起使用来创建类常量。

实例：

public class Test {
  final int value = 10;
  // 下面是声明常量的实例
  public static final int BOXWIDTH = 6;

  static final String TITLE = "Manager";

  public void changeValue() {
     value = 12; // 将输出一个错误
  }
}

final 方法：类中的 final 方法可以被子类继承，但是不能被子类修改。

声明 final 方法的主要目的是防止该方法的内容被修改。

如下所示，使用 final 修饰符声明方法：

public class Test {
    public final void changeName() {
       // 方法体
    }
}

final 类：final 类不能被继承，没有类能够继承 final 类的任何特性。

实例：

public final class Test {
   // 类体
}

3.3. abstract 修饰符

抽象类：抽象类不能用来实例化对象，声明抽象类的唯一目的是为了将来对该类进行扩充。

一个类不能同时被 abstract 和 final 修饰。如果一个类包含抽象方法，那么该类一定要声明为抽象类，否则将出现编译错误。 

抽象类可以包含抽象方法和非抽象方法。

实例：

abstract class Caravan {
   private double price;

   private String model;

   private String year;

   public abstract void goFast(); // 抽象方法

   public abstract void changeColor();
}

抽象方法：抽象方法是一种没有任何实现的方法，该方法的的具体实现由子类提供。抽象方法不能被声明成 final 和 static。

任何继承抽象类的子类必须实现父类的所有抽象方法，除非该子类也是抽象类。

如果一个类包含若干个抽象方法，那么该类必须声明为抽象类。抽象类可以不包含抽象方法。

抽象方法的声明以分号结尾，例如：public abstract sample();

实例：

public abstract class SuperClass {
    abstract void m(); // 抽象方法
}
 
class SubClass extends SuperClass {
    // 实现抽象方法
    void m() {
        .........
    }
}

3.4. synchronized 修饰符

synchronized 关键字声明的方法同一时间只能被一个线程访问。synchronized 修饰符可以应用于四个访问修饰符。

实例：

public synchronized void showDetails() {
.......
} 

3.5. transient 修饰符

序列化的对象包含被 transient 修饰的实例变量时，Java 虚拟机（JVM）跳过该特定的变量。

该修饰符包含在定义变量的语句中，用来预处理类和变量的数据类型。

实例：

public transient int limit = 55;   // will not persist

public int b; // will persist

3.6. volatile 修饰符

    volatile 修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且，当成员变量发生变化时，强迫线程将变化值回写到共享内存。这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。

一个 volatile 对象引用可能是 null。

实例：

public class MyRunnable implements Runnable {
    private volatile boolean active;

    public void run() {
        active = true;
        while (active) { // line 1
            // 代码
        }
    }

    public void stop() {
        active = false; // line 2
    }
}

一般地，在一个线程中调用 run() 方法，在另一个线程中调用 stop() 方法。如果 line 1中的 active位于缓冲区的值被使用，那么当把 line 2 中的 active 设置成 false 时，循环也不会停止。

四. 课后习题

1. protected 修饰符有何特点？

2. 封装是如何实现的？

3. final 修饰符都有什么作用？

4. static 修饰的属性和方法有什么特点？

5. 编写应用程序，创建类的对象，分别设置圆的半径、圆柱体的高，计算并分别显示圆半径、圆面积、圆周长，圆柱体的体积。