探索Java17中的新特性Record类与Sealed类的实战应用

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探索Java 17中的新特性Record类与Sealed类的实战应用

Java 17作为长期支持版本，引入了多项旨在提升开发效率和代码质量的新特性。其中，Record类和Sealed类尤为引人注目。它们共同为构建不可变数据和定义受限的类层次结构提供了强大而简洁的语法支持，使得模型设计更加精确、安全。本文将深入探讨这两大特性的核心概念，并通过实战案例展示其联合应用。

Record类：简洁的数据载体

Record类是一种特殊的类，其核心目的是以最简洁的方式声明主要用于存储数据的不可变对象。在Java 17之前，创建一个纯粹的数据载体类通常需要编写大量的样板代码，如私有final字段、全参构造器、getter方法、`equals()`、`hashCode()`和`toString()`方法。Record的出现极大地简化了这一过程。

定义一个Record非常简单，使用`record`关键字即可。例如，定义一个表示点的Record：

```javapublic record Point(int x, int y) {}```

编译器会自动为这个Record生成以下内容：一个包含`x`和`y`的final字段的类、一个全参构造器、每个组件的getter方法（方法名即为组件名，如`x()`和`y()`），以及自动实现的`equals()`、`hashCode()`和`toString()`方法。这使得开发者可以专注于数据模型本身，而非重复的代码编写。

Sealed类：受控的继承体系

Sealed类（密封类）是Java 17中另一个关键特性，它允许类或接口的作者精确控制哪些其他类或接口可以继承或实现它。这一特性增强了代码的可维护性和安全性，通过限制类的可扩展性，使得在`switch`表达式或模式匹配中能够进行穷尽性检查成为可能。

定义一个Sealed类需要使用`sealed`关键字，并通过`permits`子句明确指定允许继承它的子类。例如，定义一个表示形状的Sealed接口：

```javapublic sealed interface Shape permits Circle, Rectangle, Triangle { double area();}```

然后，我们必须为`Shape`接口声明的每一个许可子类进行定义。这些子类必须是`final`、`sealed`或`non-sealed`的，以确保继承体系的封闭性。

```javapublic final class Circle implements Shape { private final double radius; public Circle(double radius) { this.radius = radius; } @Override public double area() { return Math.PI radius radius; }}public non-sealed class Rectangle implements Shape { private final double width, height; public Rectangle(double width, double height) { this.width = width; this.height = height; } @Override public double area() { return width height; }}public sealed class Triangle implements Shape permits RightTriangle { // ... 三角形基础实现}public final class RightTriangle extends Triangle { // ... 直角三角形实现}```

Record与Sealed类的联合实战：构建类型安全的领域模型

将Record和Sealed类结合使用，可以构建出非常强大且类型安全的领域模型。Record非常适合表示不可变的数据，而Sealed类则能完美地定义这些数据的类型范围。

设想一个处理不同消息类型的系统。我们可以使用Sealed接口来定义所有可能的Message类型，并用Record来实现这些具体的消息。这种组合确保了消息类型的有限性和每个消息实例的不可变性。

```java// 1. 使用sealed接口定义消息类型体系public sealed interface Message permits TextMessage, FileMessage, SystemAlertMessage { String getSender(); long getTimestamp();}// 2. 使用record实现具体的消息类型，它们是不可变的public record TextMessage(String sender, long timestamp, String text) implements Message {}public record FileMessage(String sender, long timestamp, String filename, byte[] content) implements Message {}public record SystemAlertMessage(String sender, long timestamp, AlertLevel level, String description) implements Message {}// 3. 定义一个枚举作为辅助public enum AlertLevel { INFO, WARNING, ERROR }```

在这个设计中，`Message`是一个密封接口，只允许三种具体的实现。每个实现都是一个Record，自动具备了不可变性和值语义。这种设计带来了多方面的好处：首先，在处理消息时，我们可以使用`switch`表达式进行模式匹配，并且编译器能够检查是否覆盖了所有可能的`Message`子类型，避免了运行时错误。

```javapublic void processMessage(Message msg) { String log = switch (msg) { case TextMessage tm -> Text from + tm.sender() + : + tm.text(); case FileMessage fm -> File from + fm.sender() + : + fm.filename(); case SystemAlertMessage sm -> ALERT [ + sm.level() + ] from system: + sm.description(); // 不需要default分支，因为所有Message类型都已覆盖 }; System.out.println(log);}```