Java 類別存取控制全解析：public、package-private 與私有建構子模式

Java 類別層級的存取控制只有兩種選擇：public 與 package-private（無修飾詞）。本文將詳細說明類別存取規則、檔案命名限制、單一 public 類別限制，並深入探討如何透過 private 建構子實現單例、工廠方法等進階建模式。

類別存取修飾詞：只有兩種

注意：類別不可宣告為 private 或 protected（巢狀類別除外，詳見內部類別章節）。

public 類別的三大鐵律

1. 單一 public 類別：每個編譯單元（.java 檔）最多**一個** public 類別
2. 檔名必須匹配：public class Widget → 檔名必須為 Widget.java（大小寫敏感）
3. 代表編譯單元的公共介面：該 public 類別是此檔案對外的唯一進入點

違反任一規則皆導致編譯錯誤。

package-private 類別：隱藏實作細節的利器

移除 public 修飾詞，類別即變為 package-private：

• 同套件內其他類別可自由 new、繼承、存取其 package-private 成員
• 套件外類別**完全不可見**（甚至無法 import）
• 適合：資料傳輸物件 (DTO)、內部演算法實作、單元測試輔助類

私有建構子模式：完全控制物件建立

將**所有**建構子宣告 private，外部無法直接 new，必須透過類別提供的靜態方法取得實例。兩大經典模式：

1. 工廠方法模式

class Soup {
    private Soup() {}  // 阻止直接 new

    public static Soup makeSoup() {  // 受控建立
        // 可在此加入：數量限制、參數驗證、日誌、池化等邏輯
        return new Soup();
    }
}

// 使用端
Soup s = Soup.makeSoup();  // 唯一合法取得途徑

2. 單例模式

class Soup {
    private Soup() {}
    private static Soup instance = new Soup();  // 類別載入時建立唯一實例

    public static Soup access() {  // 全域存取點
        return instance;
    }
    public void f() {}  // 業務方法
}

// 使用端
Soup.access().f();  // 取得唯一實例並呼叫方法

package-private 類別仍可暴露 public 靜態成員

即使類別不可被外部實例化，其 public static 欄位/方法仍可被外部存取：

class Hidden {
    public static final String CONSTANT = "value";
    public static void utility() { ... }
}

// 外部套件
Hidden.CONSTANT;   // 合法
Hidden.utility();  // 合法
// new Hidden();   // 編譯錯誤：類別不可見

預設套件（無 package 宣告）的特殊行為

同目錄下無 package 宣告的檔案，屬於同一「預設套件」，彼此視為 package-private 可見：

// Cake.java
class Cake {
    public static void main(String[] args) {
        Pie p = new Pie();  // 合法：同預設套件
        p.f();
    }
}

// Pie.java
class Pie {
    void f() { System.out.println("Pie.f()"); }  // package-private
}

這解釋了早期無套件練習為何能跨檔案存取類別。

實務建議

1. 預設用 package-private：只有確須對外公開才加 public
2. 單一 public 類別對應一個 .java 檔：便於導航與建構
3. 私有建構子 + 靜態工廠：取代直接 new，獲得建立過程的完全控制權
4. 內部類別才用 private/protected：外部類別層級只有兩種選擇

精準掌握類別存取層級，是建立「介面清晰、實作隱蔽、演進安全」Java 系統的第一步。