理解Java编程中的封装特性

在面向对象程序设计中，封装（Encapsulation）可以看做信息隐藏或者数据访问保护，是指一种将抽象性函式接口的实现细节部分包装、隐藏起来的方法。类通过暴露有限的访问接口，授权外部仅能通过类提供的方式（或者叫函数）来访问内部信息或者数据。这句话怎么理解呢？我们通过一个简单的Java例子来解释一下。

下面这段代码是金融系统中一个简化版的虚拟钱包的代码实现。在金融系统中，我们会给每个用户创建一个虚拟钱包，用来记录用户在我们的系统中的虚拟货币量。对于虚拟钱包的业务背景，这里你只需要简单了解一下即可。在面向对象的实战篇中，我们会有单独两节课，利用 OOP 的设计思想来详细介绍虚拟钱包的设计实现。

public class Wallet {

  private String id;

  private long createTime;

  private BigDecimal balance;

  private long balanceLastModifiedTime;

  //... 省略其他属性...

  public Wallet() {

     this.id = IdGenerator.getInstance().generate();

     this.createTime = System.currentTimeMillis();

     this.balance = BigDecimal.ZERO;

     this.balanceLastModifiedTime = System.currentTimeMillis();

  }

  // 注意：下面对 get 方法做了代码折叠，是为了减少代码所占文章的篇幅

  public String getId() { return this.id; }

  public long getCreateTime() { return this.createTime; }

  public BigDecimal getBalance() { return this.balance; }

  public long getBalanceLastModifiedTime() { return this.balanceLastModifiedTime;  }

  public void increaseBalance(BigDecimal increasedAmount) {

    if (increasedAmount.compareTo(BigDecimal.ZERO) < 0) {

      throw new InvalidAmountException("...");

    }

    this.balance.add(increasedAmount);

    this.balanceLastModifiedTime = System.currentTimeMillis();

  }

  public void decreaseBalance(BigDecimal decreasedAmount) {

    if (decreasedAmount.compareTo(BigDecimal.ZERO) < 0) {

      throw new InvalidAmountException("...");

    }

    if (decreasedAmount.compareTo(this.balance) > 0) {

      throw new InsufficientAmountException("...");

    }

    this.balance.subtract(decreasedAmount);

    this.balanceLastModifiedTime = System.currentTimeMillis();

  }

}

从代码中，我们可以发现，Wallet 类主要有四个属性（也可以叫作成员变量），也就是我们前面定义中提到的信息或者数据。其中，id 表示钱包的唯一编号，createTime 表示钱包创建的时间，balance 表示钱包中的余额，balanceLastModifiedTime 表示上次钱包余额变更的时间。

我们参照封装特性，对钱包的这四个属性的访问方式进行了限制。调用者只允许通过下面这六个方法来访问或者修改钱包里的数据。

String getId()

long getCreateTime()

BigDecimal getBalance()

long getBalanceLastModifiedTime()

void increaseBalance(BigDecimal increasedAmount)

void decreaseBalance(BigDecimal decreasedAmount)
``````java
String getId()

long getCreateTime()

BigDecimal getBalance()

long getBalanceLastModifiedTime()

void increaseBalance(BigDecimal increasedAmount)

void decreaseBalance(BigDecimal decreasedAmount)

之所以这样设计，是因为从业务的角度来说，id、createTime 在创建钱包的时候就确定好了，之后不应该再被改动，所以，我们并没有在 Wallet 类中，暴露 id、createTime 这两个属性的任何修改方法，比如 set 方法。而且，这两个属性的初始化设置，对于 Wallet 类的调用者来说，也应该是透明的，所以，我们在 Wallet 类的构造函数内部将其初始化设置好，而不是通过构造函数的参数来外部赋值。

对于钱包余额 balance 这个属性，从业务的角度来说，只能增或者减，不会被重新设置。所以，我们在 Wallet 类中，只暴露了 increaseBalance () 和 decreaseBalance () 方法，并没有暴露 set 方法。对于 balanceLastModifiedTime 这个属性，它完全是跟 balance 这个属性的修改操作绑定在一起的。只有在 balance 修改的时候，这个属性才会被修改。

所以，我们把 balanceLastModifiedTime 这个属性的修改操作完全封装在了 increaseBalance () 和 decreaseBalance () 两个方法中，不对外暴露任何修改这个属性的方法和业务细节。这样也可以保证 balance 和 balanceLastModifiedTime 两个数据的一致性。

对于封装这个特性，我们需要编程语言本身提供一定的语法机制来支持。这个语法机制就是访问权限控制。例子中的 private、public 等关键字就是 Java 语言中的访问权限控制语法。private 关键字修饰的属性只能类本身访问，可以保护其不被类之外的代码直接访问。

如果 Java 语言没有提供访问权限控制语法，所有的属性默认都是 public 的，那任意外部代码都可以通过类似 wallet.id=123; 这样的方式直接访问、修改属性，也就没办法达到隐藏信息和保护数据的目的了，也就无法支持封装特性了。

封装的意义
如果我们对类中属性的访问不做限制，那任何代码都可以访问、修改类中的属性，虽然这样看起来更加灵活，但从另一方面来说，过度灵活也意味着不可控，属性可以随意被以各种奇葩的方式修改，而且修改逻辑可能散落在代码中的各个角落，势必影响代码的可读性、可维护性。

比如某个同事在不了解业务逻辑的情况下，在某段代码中 “偷偷地” 重设了 wallet 中的 balanceLastModifiedTime 属性，这就会导致 balance 和 balanceLastModifiedTime 两个数据不一致。

除此之外，类仅仅通过有限的方法暴露必要的操作，也能提高类的易用性。如果我们把类属性都暴露给类的调用者，调用者想要正确地操作这些属性，就势必要对业务细节有足够的了解。而这对于调用者来说也是一种负担。

相反，如果我们将属性封装起来，暴露少许的几个必要的方法给调用者使用，调用者就不需要了解太多背后的业务细节，用错的概率就减少很多。这就好比，如果一个冰箱有很多按钮，你就要研究很长时间，还不一定能操作正确。相反，如果只有几个必要的按钮，比如开、停、调节温度，你一眼就能知道该如何来操作，而且操作出错的概率也会降低很多。