Java 中继承与组合的对比

简介

在 Java 编程中，继承（Inheritance）和组合（Composition）是两种重要的代码复用和设计机制。它们都能帮助开发者构建具有层次结构和模块化的程序，但在实现方式、使用场景和带来的影响上有所不同。理解这两种机制的基础概念、使用方法、常见实践和最佳实践，对于编写高质量、可维护的 Java 代码至关重要。

基础概念

继承的定义

继承是一种基于类的层次结构的机制，它允许一个类（子类或派生类）继承另一个类（父类或基类）的属性和方法。子类可以重用父类的代码，并且可以根据需要进行扩展或修改。继承通过关键字 extends 来实现，体现了一种 “is-a” 的关系，即子类是父类的一种特殊类型。

组合的定义

组合是一种通过将一个类的实例作为另一个类的成员变量来实现代码复用的机制。组合体现了一种 “has-a” 的关系，即一个类拥有另一个类的实例。通过组合，一个类可以使用另一个类的功能，而不需要继承其所有的属性和方法。

使用方法

继承的实现

以下是一个简单的继承示例：

// 父类
class Animal {
    void eat() {
        System.out.println("Animal is eating.");
    }
}

// 子类
class Dog extends Animal {
    void bark() {
        System.out.println("Dog is barking.");
    }
}

public class InheritanceExample {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        dog.eat(); // 调用父类的方法
        dog.bark(); // 调用子类的方法
    }
}

在这个示例中，Dog 类继承了 Animal 类，因此 Dog 类可以使用 Animal 类的 eat() 方法，同时还定义了自己的 bark() 方法。

组合的实现

以下是一个简单的组合示例：

// 被包含的类
class Engine {
    void start() {
        System.out.println("Engine started.");
    }
}

// 包含类
class Car {
    private Engine engine;

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

    void startCar() {
        engine.start();
        System.out.println("Car started.");
    }
}

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

在这个示例中，Car 类包含一个 Engine 类的实例，通过调用 Engine 类的 start() 方法来实现汽车启动的功能。

常见实践

继承的常见应用场景

代码复用：当多个类具有相似的属性和方法时，可以将这些共同的部分提取到一个父类中，子类继承父类以复用这些代码。
多态：继承是实现多态的基础，通过父类引用指向子类对象，可以实现不同子类的不同行为。

组合的常见应用场景

灵活的功能组合：当一个类需要使用另一个类的功能，但又不想继承其所有属性和方法时，可以使用组合。组合可以在运行时动态地改变对象的行为。
避免继承的缺点：继承会导致类之间的耦合度增加，而组合可以降低类之间的耦合度，提高代码的可维护性和可扩展性。

最佳实践

何时使用继承

当存在 “is-a” 关系时：如果一个类确实是另一个类的特殊类型，并且需要继承父类的所有属性和方法，那么可以使用继承。
需要实现多态时：当需要通过父类引用指向不同的子类对象来实现不同的行为时，继承是一个很好的选择。

何时使用组合

当存在 “has-a” 关系时：如果一个类只需要使用另一个类的部分功能，而不是继承其所有属性和方法，那么应该使用组合。
需要高内聚低耦合时：组合可以降低类之间的耦合度，提高代码的可维护性和可扩展性。

小结

继承和组合是 Java 中两种重要的代码复用和设计机制。继承通过 extends 关键字实现 “is-a” 关系，适合代码复用和实现多态；组合通过包含其他类的实例实现 “has-a” 关系，适合灵活的功能组合和降低类之间的耦合度。在实际开发中，应该根据具体的需求和场景选择合适的机制，以提高代码的质量和可维护性。

参考资料

《Effective Java》
《Java核心技术》
Oracle Java 官方文档