【Java SE】sealed关键字

在Java 15（预览）/ Java 17（正式）中，sealed关键字的引入为Java的类型系统带来了革命性的变化。它允许开发者精确控制哪些类可以继承或实现某个类型，在开放性和封闭性之间找到了完美的平衡点。

为什么需要sealed？

传统的Java类继承机制存在一个两难困境：

• 使用final：完全禁止继承，过于严格
• 不添加限制：任何人都可以继承，可能导致滥用

// 传统方案的问题publicclassAnimal{}// 任何人都可以继承publicfinalclassCatextendsAnimal{}// 完全禁止继承

在实际开发中，我们常常需要一种受控的继承：明确知道哪些子类存在，同时允许这些子类自由扩展。这正是sealed关键字要解决的问题。

sealed类基础语法

基本声明

使用sealed关键字声明一个类或接口，并通过permits子句列出允许的子类型：

// 定义sealed类，只允许Dog和Cat继承publicsealedclassAnimalpermitsDog,Cat{protectedStringname;publicAnimal(Stringname){this.name=name;}publicabstractStringmakeSound();}// 子类可以是finalfinalclassDogextendsAnimal{publicDog(Stringname){super(name);}@OverridepublicStringmakeSound(){return"Woof!";}}// 子类可以是非sealed（允许进一步继承）non-sealedclassCatextendsAnimal{publicCat(Stringname){super(name);}@OverridepublicStringmakeSound(){return"Meow!";}}// 子类也可以是sealedsealedclassBirdextendsAnimalpermitsSparrow,Eagle{publicBird(Stringname){super(name);}}

子类的三种修饰符⭐

sealed类的子类必须声明以下三种修饰符之一：

// 完整的继承层次示例publicsealedclassShapepermitsCircle,Rectangle,Triangle{publicabstractdoublearea();}// final：不能再被继承finalclassCircleextendsShape{privatedoubleradius;publicCircle(doubleradius){this.radius=radius;}@Overridepublicdoublearea(){returnMath.PI*radius*radius;}}// sealed：继续受限继承sealedclassRectangleextendsShapepermitsSquare{protecteddoublewidth;protecteddoubleheight;publicRectangle(doublewidth,doubleheight){this.width=width;this.height=height;}@Overridepublicdoublearea(){returnwidth*height;}}finalclassSquareextendsRectangle{publicSquare(doubleside){super(side,side);}}// non-sealed：恢复开放性non-sealedclassTriangleextendsShape{privatedoublebase;privatedoubleheight;publicTriangle(doublebase,doubleheight){this.base=base;this.height=height;}@Overridepublicdoublearea(){return0.5*base*height;}}// Triangle是non-sealed，所以可以任意继承classRightTriangleextendsTriangle{publicRightTriangle(doublebase,doubleheight){super(base,height);}}

sealed接口

sealed同样适用于接口，这在定义领域模型时尤为有用：

// 定义sealed接口publicsealedinterfacePaymentMethodpermitsCreditCard,PayPal,WeChatPay{voidpay(BigDecimalamount);StringgetTransactionId();}// 实现类可以是record（record默认final）recordCreditCard(StringcardNumber,Stringcvv)implementsPaymentMethod{@Overridepublicvoidpay(BigDecimalamount){System.out.println("支付 "+amount+" 元，使用信用卡: "+cardNumber);}@OverridepublicStringgetTransactionId(){return"CC_"+UUID.randomUUID();}}recordPayPal(Stringemail)implementsPaymentMethod{@Overridepublicvoidpay(BigDecimalamount){System.out.println("支付 "+amount+" 元，使用PayPal: "+email);}@OverridepublicStringgetTransactionId(){return"PP_"+UUID.randomUUID();}}non-sealedclassWeChatPayimplementsPaymentMethod{privateStringopenId;publicWeChatPay(StringopenId){this.openId=openId;}@Overridepublicvoidpay(BigDecimalamount){System.out.println("支付 "+amount+" 元，使用微信支付: "+openId);}@OverridepublicStringgetTransactionId(){return"WX_"+System.currentTimeMillis();}}

与模式匹配的完美配合

sealed类与Java的模式匹配（Pattern Matching）是天作之合。由于编译器知道所有可能的子类型，可以实现穷举性检查：

publicclassPaymentProcessor{// 使用模式匹配处理支付publicstaticStringprocessPayment(PaymentMethodpayment){// 编译器可以验证所有情况都已覆盖returnswitch(payment){caseCreditCardcc->String.format("处理信用卡支付: %s",cc.cardNumber());casePayPalpp->String.format("处理PayPal支付: %s",pp.email());caseWeChatPaywp->String.format("处理微信支付: %s","交易完成");};}// 处理sealed类的继承层次publicstaticdoublecalculateArea(Shapeshape){returnswitch(shape){caseCirclec->Math.PI*c.radius()*c.radius();caseRectangler->r.width()*r.height();caseSquares->s.side()*s.side();caseTrianglet->0.5*t.base()*t.height();};}}

实际应用场景

领域驱动设计（DDD）中的值对象

// 定义货币类型，只允许特定的币种publicsealedinterfaceCurrencypermitsUSD,EUR,CNY,JPY{StringgetCode();StringgetSymbol();}recordUSD()implementsCurrency{@OverridepublicStringgetCode(){return"USD";}@OverridepublicStringgetSymbol(){return"$";}}recordEUR()implementsCurrency{@OverridepublicStringgetCode(){return"EUR";}@OverridepublicStringgetSymbol(){return"€";}}recordCNY()implementsCurrency{@OverridepublicStringgetCode(){return"CNY";}@OverridepublicStringgetSymbol(){return"¥";}}recordJPY()implementsCurrency{@OverridepublicStringgetCode(){return"JPY";}@OverridepublicStringgetSymbol(){return"¥";}}

表达式求值器

// 定义表达式类型，只允许三种表达式publicsealedinterfaceExpressionpermitsConstant,Addition,Multiplication{doubleevaluate();}recordConstant(doublevalue)implementsExpression{@Overridepublicdoubleevaluate(){returnvalue;}}recordAddition(Expressionleft,Expressionright)implementsExpression{@Overridepublicdoubleevaluate(){returnleft.evaluate()+right.evaluate();}}recordMultiplication(Expressionleft,Expressionright)implementsExpression{@Overridepublicdoubleevaluate(){returnleft.evaluate()*right.evaluate();}}// 使用示例publicclassCalculator{publicstaticvoidmain(String[]args){// 表达式: (3 + 4) * 5Expressionexpr=newMultiplication(newAddition(newConstant(3),newConstant(4)),newConstant(5));System.out.println("计算结果: "+expr.evaluate());// 35.0}}

JSON值类型建模

// 定义JSON值的所有可能类型publicsealedinterfaceJsonValuepermitsJsonNull,JsonBoolean,JsonNumber,JsonString,JsonArray,JsonObject{}recordJsonNull()implementsJsonValue{}recordJsonBoolean(booleanvalue)implementsJsonValue{}recordJsonNumber(doublevalue)implementsJsonValue{}recordJsonString(Stringvalue)implementsJsonValue{}recordJsonArray(List<JsonValue>values)implementsJsonValue{}recordJsonObject(Map<String,JsonValue>properties)implementsJsonValue{}// 类型安全的JSON解析器publicclassJsonParser{publicstaticStringtoJsonString(JsonValuevalue){returnswitch(value){caseJsonNull()->"null";caseJsonBoolean(varb)->Boolean.toString(b);caseJsonNumber(varn)->Double.toString(n);caseJsonString(vars)->"\""+s+"\"";caseJsonArray(vararr)->{varelements=arr.stream().map(JsonParser::toJsonString).collect(Collectors.joining(","));yield"["+elements+"]";}caseJsonObject(varprops)->{varentries=props.entrySet().stream().map(e->"\""+e.getKey()+"\":"+toJsonString(e.getValue())).collect(Collectors.joining(","));yield"{"+entries+"}";}};}}

约束与限制

包内可见性规则

permits子句中列出的类必须在同一个模块中，或者与sealed类在同一个包内：

// 同一个包内packagecom.example.shapes;publicsealedclassShapepermitsCircle,Rectangle{// ...}// 必须在同一个包内finalclassCircleextendsShape{}finalclassRectangleextendsShape{}

不能与final同时使用

sealed和final是互斥的修饰符：

// ❌ 错误：sealed和final不能同时使用publicsealedfinalclassMyClass{}// ✅ 正确：sealed类可以有final子类publicsealedclassMyClasspermitsSubClass{}finalclassSubClassextendsMyClass{}

与传统模式的对比

最佳实践

在API设计中优先使用sealed

// 定义公开的APIpublicsealedinterfaceResult<T>permitsSuccess,Failure{TgetValue();}recordSuccess<T>(Tdata)implementsResult<T>{@OverridepublicTgetValue(){returndata;}}recordFailure<T>(StringerrorMessage)implementsResult<T>{@OverridepublicTgetValue(){thrownewIllegalStateException("Cannot get value from failure");}}

结合record使用

record与sealed的配合是天作之合：

publicsealedinterfaceHttpRequestpermitsGetRequest,PostRequest,PutRequest,DeleteRequest{Stringpath();Map<String,String>headers();}recordGetRequest(Stringpath,Map<String,String>headers)implementsHttpRequest{}recordPostRequest(Stringpath,Map<String,String>headers,Stringbody)implementsHttpRequest{}recordPutRequest(Stringpath,Map<String,String>headers,Stringbody)implementsHttpRequest{}recordDeleteRequest(Stringpath,Map<String,String>headers)implementsHttpRequest{}

使用non-sealed的时机

只在确实需要让第三方扩展时才使用non-sealed：

// 框架提供的抽象类，允许用户扩展publicsealedclassFrameworkPluginpermitsDatabasePlugin,CachePlugin,non-sealedUserPlugin{publicabstractvoidinitialize();}// 允许用户自定义扩展publicclassCustomPluginextendsFrameworkPlugin{@Overridepublicvoidinitialize(){// 用户自定义逻辑}}

sealed不是要取代传统的继承，而是在开放和封闭之间提供了更精细的控制粒度。在Java 17及以后的版本中，sealed类与record、模式匹配等特性共同构成了现代Java函数式编程的基础，让Java语言在保持面向对象特性的同时，向更安全、更简洁的方向持续演进。