Java 中的聚合与组合：概念、用法及最佳实践

简介

在 Java 编程中，聚合（Aggregation）和组合（Composition）是两种重要的对象关系建模方式，它们用于描述类与类之间的关联关系。理解这两种关系对于设计高质量、可维护的 Java 程序至关重要。本文将详细介绍聚合与组合的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，并通过代码示例帮助读者更好地理解。

基础概念

聚合的定义

聚合是一种“整体 - 部分”的关系，其中部分可以独立于整体而存在。也就是说，整体和部分之间是一种弱关联关系。例如，一个学校（整体）包含多个学生（部分），学生可以独立于学校存在，即使学校不存在了，学生依然可以存在。

组合的定义

组合也是一种“整体 - 部分”的关系，但部分不能独立于整体而存在。整体和部分之间是一种强关联关系。例如，一个汽车（整体）包含发动机（部分），发动机不能独立于汽车而存在，当汽车被销毁时，发动机也随之销毁。

使用方法

聚合的实现

在 Java 中，聚合可以通过在一个类中持有另一个类的引用实现。以下是一个简单的代码示例：

// 学生类
class Student {
    private String name;

    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

// 学校类
class School {
    private java.util.List<Student> students;

    public School() {
        this.students = new java.util.ArrayList<>();
    }

    public void addStudent(Student student) {
        students.add(student);
    }

    public java.util.List<Student> getStudents() {
        return students;
    }
}

public class AggregationExample {
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("Alice");
        Student student2 = new Student("Bob");

        School school = new School();
        school.addStudent(student1);
        school.addStudent(student2);

        for (Student student : school.getStudents()) {
            System.out.println(student.getName());
        }
    }
}

在这个示例中，School 类持有 Student 类的引用，Student 对象可以独立于 School 对象存在。

组合的实现

在 Java 中，组合可以通过在一个类中创建另一个类的对象实现。以下是一个简单的代码示例：

// 发动机类
class Engine {
    public void start() {
        System.out.println("Engine started");
    }
}

// 汽车类
class Car {
    private Engine engine;

    public Car() {
        this.engine = new Engine();
    }

    public void startCar() {
        engine.start();
    }
}

public class CompositionExample {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        car.startCar();
    }
}

在这个示例中，Car 类在构造函数中创建了 Engine 对象，Engine 对象不能独立于 Car 对象存在。

常见实践

聚合的应用场景

组织管理系统：如公司组织架构，一个部门（整体）包含多个员工（部分），员工可以在不同部门之间调动，独立于部门存在。
图书馆系统：图书馆（整体）包含多本书（部分），书可以被借出，独立于图书馆的管理。

组合的应用场景

图形绘制系统：一个图形（整体）由多个图形元素（部分）组成，图形元素不能独立于图形存在。
游戏开发：一个游戏角色（整体）包含武器、装备等（部分），这些部分不能独立于角色存在。

最佳实践

何时使用聚合

当部分对象可以独立于整体对象存在，并且可以被多个整体对象共享时，使用聚合。例如，学生可以同时属于多个社团，学生和社团之间是聚合关系。
当整体对象的生命周期不影响部分对象的生命周期时，使用聚合。例如，学校关闭了，学生依然可以存在。

何时使用组合

当部分对象不能独立于整体对象存在，并且部分对象的生命周期依赖于整体对象的生命周期时，使用组合。例如，汽车报废了，发动机也随之报废。
当整体对象负责部分对象的创建、初始化和销毁时，使用组合。例如，Car 类负责 Engine 对象的创建和管理。

小结

聚合和组合是 Java 中两种重要的对象关系建模方式，它们都描述了“整体 - 部分”的关系，但强度不同。聚合是弱关联关系，部分可以独立于整体存在；组合是强关联关系，部分不能独立于整体存在。在实际编程中，应根据具体的业务需求选择合适的关系，以设计出高质量、可维护的程序。

参考资料

《Effective Java》
Oracle Java 官方文档
Java 编程思想（第 4 版）