Java 组合与继承：深入剖析与最佳实践
简介
在 Java 面向对象编程中，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、使用场景和最佳实践。理解这两种机制对于编写高质量、可维护和可扩展的 Java 代码至关重要。本文将详细探讨 Java 组合与继承的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，通过清晰的代码示例帮助读者更好地掌握这两种机制。
目录
- 组合与继承的基础概念
- 组合的使用方法
- 继承的使用方法
- 常见实践
- 最佳实践
- 小结
- 参考资料
组合与继承的基础概念
组合
组合是一种通过将其他类的对象作为当前类的成员变量来创建新类的机制。它表示“有一个（has - a）”的关系。例如，一辆汽车“有一个”发动机，汽车类可以通过包含发动机类的对象来实现这种关系。组合强调的是对象之间的聚合关系，每个对象都有自己独立的生命周期。
继承
继承是一种允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和方法的机制。它表示“是一个（is - a）”的关系。例如，轿车“是一个”汽车，轿车类可以继承汽车类的通用属性和方法。继承有助于代码复用，子类可以扩展或重写父类的方法来满足特定需求。
组合的使用方法
代码示例
// 发动机类
class Engine {
public void start() {
System.out.println("Engine started.");
}
}
// 汽车类，包含发动机对象
class Car {
private Engine engine;
public Car() {
this.engine = new Engine();
}
public void startCar() {
engine.start();
System.out.println("Car is moving.");
}
}
public class CompositionExample {
public static void main(String[] args) {
Car myCar = new Car();
myCar.startCar();
}
}
解释
在上述代码中，Engine 类有一个 start 方法。Car 类包含一个 Engine 类型的成员变量 engine，并在构造函数中初始化它。Car 类的 startCar 方法调用 engine 的 start 方法，展示了组合的使用。
继承的使用方法
代码示例
// 汽车类，作为父类
class Vehicle {
public void move() {
System.out.println("Vehicle is moving.");
}
}
// 轿车类，继承自汽车类
class Car extends Vehicle {
public void drive() {
System.out.println("Car is being driven.");
}
}
public class InheritanceExample {
public static void main(String[] args) {
Car myCar = new Car();
myCar.move();
myCar.drive();
}
}
解释
这里，Vehicle 类是父类，有一个 move 方法。Car 类继承自 Vehicle 类，它不仅拥有父类的 move 方法，还定义了自己的 drive 方法。通过继承，Car 类可以复用 Vehicle 类的代码。
常见实践
组合的常见实践
- 封装复杂对象：在创建复杂对象时，将其各个部分封装成独立的类，然后通过组合将这些类组合在一起。例如，创建一个电脑对象，电脑包含 CPU、内存、硬盘等组件，每个组件可以是一个独立的类，通过组合构建电脑对象。
- 实现松耦合：组合使得类之间的耦合度较低。每个类都可以独立开发、测试和维护，因为它们之间的依赖关系相对较弱。如果某个组件发生变化，只需要修改该组件类，而不会影响到其他使用该组件的类。
继承的常见实践
- 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一个父类中，然后子类继承父类来复用这些代码。例如，不同类型的图形（圆形、矩形、三角形）都有一些共同的属性（颜色、位置）和方法（绘制），可以将这些共同部分放在一个图形父类中。
- 实现多态：继承是实现多态的基础。通过定义父类引用指向子类对象，可以根据对象的实际类型调用不同的方法，实现动态绑定。例如，定义一个动物父类和猫、狗等子类，通过动物父类引用可以调用不同子类的叫声方法。
最佳实践
组合的最佳实践
- 优先使用组合：在大多数情况下，组合是更推荐的代码复用方式，因为它提供了更好的封装性和灵活性。只有在真正需要“是一个”关系时才考虑继承。
- 明确职责：每个类应该有单一的职责。通过组合将不同职责的类组合在一起，避免一个类承担过多的职责。
继承的最佳实践
- 遵循里氏替换原则：子类应该能够替换父类，并且不会影响程序的正确性。这意味着子类应该保持父类的行为契约，不能改变父类方法的预期行为。
- 谨慎使用继承层次：避免创建过深的继承层次，因为这会使代码难以理解和维护。尽量保持继承层次的简洁和清晰。
小结
组合和继承都是 Java 中强大的代码复用机制，但它们适用于不同的场景。组合通过“有一个”关系聚合对象，提供更好的封装和低耦合性；继承通过“是一个”关系实现代码复用和多态性。在实际编程中，应优先考虑组合，只有在满足特定条件时才使用继承。遵循最佳实践可以帮助我们编写更健壮、可维护和可扩展的 Java 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