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Java 核心技術卷 I：物件與類完整知識圖譜——從封裝到設計模式

編輯：Java 相關知識

前言

《Java 核心技術卷 I》第 4 章「物件與類」是 Java 面向對象基礎的權威闡述。本文將書中龐大圖表知識體系化，涵蓋類設計、靜態成員、建構子、包訪問權限、final、內部類、代理模式等核心主題。

一、類設計核心原則

1.1 封裝與資料隱藏

私有欄位：所有實例欄位 `private`
公共方法：提供精確的存取器（getter/setter）
不可變類：`final` 類、`final` 欄位、無 setter、防禦性複製、安全發布

1.2 類之間的關係

關係	UML	代碼體現	耦合度
依賴	虛線箭頭	方法參數、區域變數、靜態方法呼叫	最弱
關聯	實線箭頭	欄位引用	中等
聚合	空心菱形	整體-部分，生命週期獨立	中強
組合	實心菱形	整體-部分，生命週期綁定	最強
繼承	空心三角箭頭	extends	極強（破壞封裝）
實現	虛線三角箭頭	implements	弱（面向介面）

二、靜態成員與靜態初始化

2.1 靜態欄位與方法

屬於類，不屬於實例，類載入時初始化
靜態方法：**不能**存取 `this`、`super`、非靜態欄位/方法
常見用途：常數、工廠方法、工具方法、單例模式

2.2 靜態初始化區塊


class DatabaseConfig {
    static String URL;
    static String USER;
    static {
        // 載入配置檔、建立連線池等一次性操作
        Properties props = new Properties();
        try (InputStream in = DatabaseConfig.class.getResourceAsStream("/db.properties")) {
            props.load(in);
            URL = props.getProperty("url");
            USER = props.getProperty("user");
        } catch (IOException e) {
            throw new ExceptionInInitializerError(e);
        }
    }
}

2.3 初始化順序鐵律

父類靜態欄位/區塊（按宣告順序）
子類靜態欄位/區塊（按宣告順序）
父類實例欄位/區塊
父類建構子
子類實例欄位/區塊
子類建構子

三、建構子深度解析

3.1 建構子鏈


class Employee {
    private String name;
    private double salary;
    private LocalDate hireDay;
    
    // 主建構子
    public Employee(String name, double salary, int year, int month, int day) {
        this.name = name;
        this.salary = salary;
        this.hireDay = LocalDate.of(year, month, day);
    }
    
    // 便利建構子 → 呼叫主建構子
    public Employee(String name) {
        this(name, 0, 2024, 1, 1); // this(...) 必須第一行
    }
}

3.2 物件創建完整流程

分配記憶體，初始化為 0/null/false
按宣告順序執行實例欄位初始化、實例初始化區塊
執行建構子本體代碼
回傳物件參考

四、包與訪問權限

4.1 訪問修飾符總表

修飾符	同類	同包	子類(任意包)	所有類
private	Y	N	N	N
package-private	Y	Y	N	N
protected	Y	Y	Y	N
public	Y	Y	Y	Y

4.2 設計建議

欄位永遠 `private`
方法預設 `package-private`，需外部使用才 `public`
`protected` 僅用於「子類需覆寫/存取」的內部實現細節
避免 `public` 欄位（常數除外：`public static final`）

五、final 關鍵字三重語義

修飾對象	語義	注意事項
final 類	不可被繼承	String、Integer、LocalDate 等不可變類
final 方法	不可被覆寫	私有方法隱含 final；效能優化（內聯）
final 欄位	引用不可變（基本型值不可變，物件引用不可變）	必須初始化：宣告時/建構子/實例區塊；blank final

六、內部類完整分類

6.1 四種類型對比

類型	定義位置	存取外部類	靜態成員	實例化語法	典型用途
成員內部類	類內部、方法外	隱含外部類引用，可存取所有成員	不可有（常數除外）	outer.new Inner()	迭代器、事件監聽
靜態嵌套類	類內部、方法外、static	僅存取外部類靜態成員	可有	new Outer.StaticNested()	Builder、工具類、緩存 Entry
區域內部類	方法/區塊內部	存取 final/效能最終區域變數	不可有	區域內 new LocalClass()	複雜邏輯封裝、回調
匿名內部類	表達式中	同區域內部類	不可有	new Interface/Class() { ... }	事件處理、Runnable、Comparator

6.2 內部類編譯產物

OuterClass.class
OuterClass$InnerClass.class          // 成員內部類
OuterClass$StaticNested.class        // 靜態嵌套類
OuterClass$1LocalClass.class         // 區域內部類（數字編號）
OuterClass$1.class                   // 匿名內部類

七、代理模式與動態代理

7.1 靜態代理


interface Service { void execute(); }
class RealService implements Service { public void execute() { /* 核心邏輯 */ } }
class ProxyService implements Service {
    private RealService real;
    public ProxyService(RealService real) { this.real = real; }
    public void execute() {
        log("before"); // 橫切關注點
        real.execute();
        log("after");
    }
}

7.2 JDK 動態代理


Service real = new RealService();
Service proxy = (Service) Proxy.newProxyInstance(
    Service.class.getClassLoader(),
    new Class[]{Service.class},
    (proxyObj, method, args) -> {
        log("before");
        Object result = method.invoke(real, args);
        log("after");
        return result;
    }
);