Java 中的组合与继承：深入剖析与最佳实践

简介

在 Java 编程中，组合（Composition）和继承（Inheritance）是两种重要的代码复用机制。它们各自有独特的特性和使用场景，理解这两种机制对于编写高质量、可维护的代码至关重要。本文将详细探讨 Java 中组合与继承的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者在实际开发中做出更明智的选择。

基础概念

继承

继承是 Java 面向对象编程中的一种机制，通过它一个类（子类或派生类）可以继承另一个类（父类或基类）的属性和方法。子类可以复用父类的代码，并且可以根据需要进行扩展或重写。继承通过 extends 关键字实现。

例如：

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

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

在这个例子中，Dog 类继承了 Animal 类，因此 Dog 类可以使用 Animal 类的 eat 方法。

组合

组合是一种将不同类的对象组合成一个新类的机制。新类包含其他类的实例作为成员变量，通过这些成员变量来实现功能。组合强调的是 “有一个（has - a）” 的关系。

例如：

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

class Car {
    private Engine engine;

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

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

在这个例子中，Car 类包含一个 Engine 类的实例，Car 类通过组合 Engine 类来实现启动功能。

使用方法

继承的使用

定义父类：创建一个包含通用属性和方法的类，这个类将作为其他类的基础。
定义子类：使用 extends 关键字让子类继承父类，子类可以直接使用父类的非私有属性和方法。
重写方法：子类可以根据需要重写父类的方法，以提供特定的实现。

class Shape {
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a shape");
    }
}

class Circle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle");
    }
}

组合的使用

定义被组合的类：创建一个或多个包含所需功能的类。
定义组合类：在组合类中声明被组合类的实例作为成员变量，并在构造函数中初始化这些实例。
使用组合对象的功能：通过组合类的方法调用被组合类实例的方法来实现功能。

class Wheel {
    public void rotate() {
        System.out.println("Wheel is rotating");
    }
}

class Bike {
    private Wheel frontWheel;
    private Wheel rearWheel;

    public Bike() {
        this.frontWheel = new Wheel();
        this.rearWheel = new Wheel();
    }

    public void ride() {
        frontWheel.rotate();
        rearWheel.rotate();
    }
}

常见实践

继承的常见实践

创建层次结构：用于创建类的层次结构，如在图形绘制系统中，Shape 类作为父类，Circle、Rectangle 等作为子类。
代码复用：当多个类有共同的属性和方法时，可以将这些共同部分提取到父类中，以实现代码复用。

组合的常见实践

构建复杂对象：在构建复杂对象时，将不同功能的对象组合在一起，如在游戏开发中，将 Weapon、Armor 等对象组合到 Character 对象中。
解耦代码：通过组合可以减少类之间的耦合度，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 “是一个（is - a）” 的关系时：例如，Dog 是一种 Animal，这种情况下使用继承比较合适。
当需要实现多态时：通过继承可以实现方法的重写，从而实现多态性，在不同子类中提供不同的行为。

何时使用组合

当存在 “有一个（has - a）” 的关系时：如 Car 有一个 Engine，使用组合更合适。
当需要保持类之间的低耦合时：组合可以使类之间的依赖关系更松散，有利于代码的维护和扩展。

小结

继承和组合是 Java 中强大的代码复用机制，它们各有优缺点和适用场景。继承适用于建立类的层次结构和实现多态，而组合更适合构建复杂对象和解耦代码。在实际开发中，应根据具体需求仔细选择合适的机制，以编写高质量、可维护的代码。

参考资料

《Effective Java》 - Joshua Bloch
Oracle Java 官方文档
《Java 核心技术》 - Cay S. Horstmann, Gary Cornell