Sealed Class — 概念、工作原理及应用

什么是 Sealed Class？

Sealed Class（密封类）— 是 Kotlin 中用 sealed 修饰符标记的类。它定义了一个有限的类型层次结构：所有可能的继承者都列在同一个文件中，编译器知道每一个继承者。这使密封类不同于普通的开放类，后者的继承者可以在任何地方声明。

密封类的主要目的是 有限集合的类型安全表示。每个继承者可以有自己的数据结构，这使得密封类比枚举更灵活。在运行时，密封类是一个普通的抽象类，编译器仅在编译阶段施加限制。

密封类在 Android 架构中尤其有用：UI 状态、网络请求结果、类似于 Intent 的导航事件以及错误层次结构 — 都是典型的应用场景。

在编译时，密封类被优化为 when 表达式的跳转表，使其比 if-else 链更高效。结合 data class，每个继承者不仅可以包含状态，还可以包含方法，从而无需样板代码即可构建自文档化的领域模型。

密封类在移动应用程序中表示 有限状态机也非常有效。每个状态 — 具有唯一参数的独立继承者，状态之间的转换通过 when 表达式控制。编译器保证所有可能的状态都已处理，从而消除 UI 状态或业务逻辑更改时的运行时错误。

Sealed Class 与 Enum：主要区别

Kotlin 初学者经常将密封类与 枚举 混淆，因为两者都限制值集合。然而它们之间存在根本区别：枚举是同一类型的常量集合，而密封类是不同类型层次结构。

何时选择枚举

枚举 在所有变体都是没有额外结构的常量时是最优选择。例如，星期几、订单状态或无需参数的操作类型。每个枚举值都是一个具有固定名称的单例。

何时选择密封类

密封类 在每个变体有自己的数据时需要。例如，网络错误包含响应代码，解析错误包含详细信息，授权错误包含消息。密封类的每个继承者是具有唯一字段的独立类型。

// 枚举 — 同一类型的所有变体
enum class Status { LOADING, SUCCESS, ERROR }

// 密封类 — 每个变体都有自己的数据
sealed class UiState<out T> {
    object Loading : UiState<Nothing>()
    data class Success<T>(val data: T) : UiState<T>()
    data class Error(val message: String) : UiState<Nothing>()
}

Sealed Interface 与 Sealed Class 对比

从 Kotlin 1.5 开始，可以声明 密封接口。这将密封概念扩展到接口：密封接口也具有固定的实现集合，但支持多重继承。

何时使用密封接口

密封接口 在继承者需要同时实现多个契约时很方便。例如，UI 事件可以同时是可点击的和可追踪的。使用密封类时，需要选择一个基类，而使用密封接口，继承者同时实现两者。

密封类的限制

密封类 是一个类，因此每个继承者只能有一个父类。密封接口解决了这个问题，但不能包含状态。它们之间的选择取决于任务：需要带字段的公共逻辑 — 用密封类，需要契约的灵活性 — 用密封接口。

sealed interface ScreenEvent {
    data class Refresh(val force: Boolean) : ScreenEvent
    data class Navigate(val route: String) : ScreenEvent
    data class ShowError(val toast: String) : ScreenEvent
}

sealed interface AnalyticsEvent {
    val name: String
    val params: Map<String, Any>
}

// 继承者实现两个接口
data class LoginClicked(
    override val name: String = "login_click",
    override val params: Map<String, Any> = emptyMap()
) : ScreenEvent, AnalyticsEvent

移动开发中用于错误层次结构的 Sealed Class

密封类在移动开发中的主要应用之一 — 类型安全错误层次结构。与其抛掷不同类型的异常或使用通用的 Exception，密封类将所有可能的领域错误收集到一个类型中。

如何构建错误层次结构

创建一个 DomainError 密封类，并将所有故障类型作为继承者列出。每个继承者只包含对该错误类型有意义的数据。编译器保证在处理错误时您不会忘记任何变体。

示例：身份验证错误处理

考虑一个带授权功能的应用程序，其中可能发生不同的故障场景：密码错误、账户封锁、服务器问题。密封类将它们统一为支持全面处理的单一类型。

sealed class AuthError {
    data class InvalidCredentials(
        val attempts: Int
    ) : AuthError()

    data class AccountBlocked(
        val until: Long
    ) : AuthError()

    data class NetworkFailure(
        val cause: Throwable
    ) : AuthError()

    object ServerError : AuthError()
}

fun handleError(error: AuthError): String = when (error) {
    is AuthError.InvalidCredentials ->
        "剩余尝试次数: ${3 - error.attempts}"
    is AuthError.AccountBlocked ->
        "访问被锁定至 ${Date(error.until)}"
    is AuthError.NetworkFailure ->
        "检查连接: ${error.cause.localizedMessage}"
    AuthError.ServerError ->
        "服务器暂时不可用"
}

Android 中 Sealed Class 的使用模式

密封类 已成为 Android 应用程序架构中的标准工具。让我们看看移动开发中密封类不可或缺的三个关键模式。

• UI State — 屏幕作为有限状态机的表示：Loading、Content、Error。每个状态包含自己的数据，密封类保证所有转换都已处理。
• Navigation Event — 密封类代替导航常量：每个屏幕是具有路由参数的独立继承者。编译器检查参数类型。
• Action/Intent — 单向数据流模式使用密封类表示用户可以在屏幕上执行的所有操作。

特别值得一提的是密封类在 Clean Architecture 中的应用。每一层（data、domain、presentation）使用自己的错误类型的密封类，映射器将一个密封类转换为另一个。例如，数据层的 DataError 映射为业务逻辑的 DomainError，然后再映射为表示层的 UiState。这保持了应用程序所有级别的类型安全性，并保证没有错误会未经处理。

测试密封类层次结构

测试 密封类需要特殊方法，因为每个继承者都是具有自己状态的独立类型。建议编写遍历所有密封类继承者的参数化测试。这保证了 when 表达式覆盖所有变体，包括层次结构扩展时添加的新变体。

对于 UI 测试，密封类作为 UiState 允许检查每个状态的显示：Loading 显示加载动画，Content 显示数据，Error 显示错误消息。由于密封类是有限的，所有状态的测试覆盖提供了对 UI 逻辑正确性的完全信心。

使用 Sealed Class 时的常见错误

尽管概念简单，开发人员在设计密封类层次结构时经常犯错。让我们看看主要问题及如何避免它们。

• 继承者在不同文件中 — 如果继承者在文件外部，编译器将不允许声明密封类。这种限制保证了详尽的 when。
• 混合 sealed 和 open — 密封类不能同时是 open。如果需要可扩展的层次结构，使用普通的抽象类，但会牺牲穷举性。
• 过度嵌套 — 密封类中的密封类创建难以维护的深层层次结构。对于简单场景，两个级别就足够了。
• when 中忘记 else — 如果库中的密封类不具有穷举性，编译器不会警告遗漏的分支。只有有意识地添加 else。