Composition vs Inheritance in Java

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。它们都有助于提高代码的可维护性和可扩展性，但在使用方式和适用场景上有着显著的区别。理解这两种机制的差异和最佳实践，能帮助开发者编写出更优雅、高效的代码。

基础概念

继承

继承是Java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。子类可以使用父类定义的成员，并且还可以添加自己的属性和方法，或者重写父类的方法。这体现了“is-a”的关系，例如，一个“Dog”类继承自“Animal”类，因为“Dog”是一种“Animal”。

组合

组合是一种通过在一个类中包含其他类的实例来实现代码复用的方式。这种方式体现了“has-a”的关系，比如，一个“Car”类包含一个“Engine”类的实例，因为“Car”有一个“Engine”。

使用方法

继承的使用

// 父类
class Animal {
    protected String name;

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

    public void eat() {
        System.out.println(name + " is eating.");
    }
}

// 子类
class Dog extends Animal {
    public Dog(String name) {
        super(name);
    }

    public void bark() {
        System.out.println(name + " is barking.");
    }
}

public class InheritanceExample {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("Buddy");
        dog.eat();
        dog.bark();
    }
}

在上述代码中，“Dog”类继承自“Animal”类，因此“Dog”类可以使用“Animal”类的“eat”方法，并且还定义了自己的“bark”方法。

组合的使用

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

class Car {
    private Engine engine;

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

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

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

在这个例子中，“Car”类包含一个“Engine”类的实例，通过调用“Engine”实例的方法来实现“Car”的功能。

常见实践

继承的常见实践

代码复用：当多个子类有共同的属性和行为时，可以将这些共性提取到父类中，以减少代码重复。例如，不同类型的图形（圆形、矩形、三角形）都有计算面积的方法，可以将图形的共性（如颜色、位置）和计算面积的抽象方法放在一个“Shape”父类中。
多态性：利用继承实现多态，通过父类引用指向子类对象，调用子类重写的方法，实现不同的行为。例如，在一个游戏中，不同类型的角色（战士、法师、刺客）都继承自“Character”类，每个角色有不同的攻击行为，通过多态可以方便地管理和调用不同角色的攻击方法。

组合的常见实践

模块化设计：将复杂的系统拆分成多个小的、独立的模块，通过组合这些模块来构建系统。例如，一个电商系统可以由用户模块、订单模块、支付模块等组成，每个模块可以作为一个独立的类，通过组合在更高层次的类中实现系统功能。
降低耦合度：组合可以使类之间的耦合度更低，因为一个类的变化不会直接影响到另一个类。例如，一个“House”类包含“Room”类的实例，“Room”类的变化不会影响到“House”类的其他部分，只要接口保持不变。

最佳实践

何时使用继承

当存在明确的“is-a”关系时：如果一个类确实是另一个类的一种特殊类型，那么继承是合适的选择。例如，“Truck”是“Vehicle”的一种特殊类型，“Truck”类可以继承“Vehicle”类。
当需要实现多态行为时：如果希望通过父类引用调用不同子类的行为，继承是实现多态的基础。例如，在一个绘图应用中，不同类型的图形（圆形、矩形、三角形）继承自“Shape”类，通过“Shape”类的引用可以调用不同图形的绘制方法。

何时使用组合

当存在“has-a”关系时：如果一个类包含另一个类的实例，组合是更好的选择。例如，一个“Person”类包含一个“Address”类的实例，因为“Person”有一个“Address”。
当需要低耦合度和高可维护性时：组合可以使代码更加灵活，因为一个类的变化不会对其他类产生太大影响。例如，在一个游戏中，“Player”类包含“Inventory”类的实例，“Inventory”类的变化不会影响到“Player”类的其他功能。

小结

继承和组合都是Java中强大的代码复用机制。继承适用于“is-a”关系和需要实现多态的场景，它允许子类继承父类的属性和方法，实现代码复用和多态行为。组合则适用于“has-a”关系，强调低耦合度和模块化设计，通过在一个类中包含其他类的实例来实现功能。在实际编程中，应根据具体的需求和设计目标，合理选择继承或组合，以编写出高质量、可维护的代码。

参考资料

《Effective Java》 by Joshua Bloch
Oracle Java Documentation
Baeldung