继承存在的问题

  1. 继承层次过深、继承关系过于复杂会影响到代码的可读性和可维护性;
  2. 破坏了类的封装特性,将父类的实现细节暴露给了子类。子类的实现依赖父类的实现,两者高度耦合,一旦父类代码修改,就会影响所有子类的逻辑;
  3. 仅仅为了代码复用,生硬地抽象出一个父类出来,会影响到代码的可读性。
  • 举个例子说明

假设我们要设计一个关于鸟的类。我们将“鸟类”这样一个抽象的事物概念,定义为一个抽象类 AbstractBird。所有更细分的鸟,如麻雀、鸽子、乌鸦、鸵鸟等都继承这个抽象类。

我们知道大部分鸟都会飞,那我么可否在AbstractBird抽象类中定义一个fly()方法呢?答案是否定的。因为尽管大部分鸟都会飞,但也有例外,比如鸵鸟就不会飞。 鸵鸟继承具有 fly() 方法的父类,那鸵鸟就具有“飞”这样的行为,这显然不符合我们对现实世界中事物的认识。当然,你可能会说,我在鸵鸟这个子类中重写(override)fly() 方法,让它抛出 UnSupportedMethodException 异常不就可以了吗?

这种设计思路虽然可以解决问题,但存在如下问题。除了鸵鸟之外,不会飞的鸟还有很多,比如企鹅。对于这些不会飞的鸟来说,我们都需要重写 fly() 方法,抛出异常。这样的设计,一方面,徒增了编码的工作量;另一方面,也违背了我们之后要讲的最小知识原则(Least Knowledge Principle,也叫最少知识原则或者迪米特法则),暴露不该暴露的接口给外部,增加了类使用过程中被误用的概率。

你可能又会说,那我们再通过 AbstractBird 类派生出两个更加细分的抽象类:会飞的鸟类 AbstractFlyableBird 和不会飞的鸟类 AbstractUnFlyableBird,让麻雀、乌鸦这些会飞的鸟都继承 AbstractFlyableBird,让鸵鸟、企鹅这些不会飞的鸟,都继承 AbstractUnFlyableBird 类,不就可以了吗?

整体上来讲,目前的继承关系还比较简单,层次比较浅,也算是一种可以接受的设计思路。如果再继续加点难度。在刚刚这个场景中,我们只关注“鸟会不会飞”,但如果我们还关注“鸟会不会叫”,那这个时候, 两个行为搭配起来会产生四种情况:会飞会叫、不会飞会叫、会飞不会叫、不会飞不会叫。如果我们继续沿用刚才的设计思路,那就需要再定义四个抽象类 。

如果我们还需要考虑“是否会下蛋”这样一个行为,那估计就要组合爆炸了。类的继承层次会越来越深、继承关系会越来越复杂。而这种层次很深、很复杂的继承关系,一方面,会导致代码的可读性变差。因为我们要搞清楚某个类具有哪些方法、属性,必须阅读父类的代码、父类的父类的代码……一直追溯到最顶层父类的代码。另一方面,这也破坏了类的封装特性,将父类的实现细节暴露给了子类。子类的实现依赖父类的实现,两者高度耦合,一旦父类代码修改,就会影响所有子类的逻辑。

利用组合、接口、委托来代替继承

替换关系
继承的is-a关系 组合和接口的has-a关系
继承的多态 接口的多态
继承的代码复用 组合+委托实现代码复用

通过组合、接口、委托三个技术手段,我们完全可以替换掉继承,以避免 层次过深、过复杂的继承关系影响代码可维护性的问题。

接口表示具有某种行为特性。针对“会飞”这样一个行为特性,我们可以定义一个 Flyable 接口,只让会飞的鸟去实现这个接口。对于会叫、会下蛋这些行 为特性,我们可以类似地定义 Tweetable 接口、EggLayable 接口。翻译成代码如下:

  1. public interface Flyable {
  2. void fly();
  3. }
  4. public interface Tweetable {
  5. void tweet();
  6. }
  7. public interface EggLayable {
  8. void layEgg();
  9. }
  10. public class Ostrich implements Tweetable, EggLayable {//鸵鸟
  11. //... 省略其他属性和方法...
  12. @Override
  13. public void tweet() { //... }
  14. @Override
  15. public void layEgg() { //... }
  16. }
  17. public class Sparrow impelents Flyable, Tweetable, EggLayable {//麻雀
  18. //... 省略其他属性和方法...
  19. @Override
  20. public void fly() { //... }
  21. @Override
  22. public void tweet() { //... }
  23. @Override
  24. public void layEgg() { //... }
  25. }

不过,我们知道,接口只声明方法,不定义实现。也就是说,每个会下蛋的鸟都要实现一遍 layEgg() 方法,并且实现逻辑是一样的,这就会导致代码重复的问题。那这个问题又该如何解决呢?

我们可以针对三个接口再定义三个实现类,它们分别是:实现了 fly() 方法的 FlyAbility 类、实现了 tweet() 方法的 TweetAbility 类、实现了 layEgg() 方法的 EggLayAbility 类。然后,通过组合和委托技术来消除代码重复。具体的代码实现如下所示:


public interface Flyable {
  void fly();
}
public class FlyAbility implements Flyable {
  @Override
  public void fly() { //... }
}
//省略Tweetable、TweetAbility、EggLayable、EggLayAbility

public class Ostrich implements Tweetable, EggLayable {//鸵鸟
  private TweetAbility tweetAbility = new TweetAbility(); //组合
  private EggLayAbility eggLayAbility = new EggLayAbility(); //组合
  //... 省略其他属性和方法...
  @Override
  public void tweet() {
    tweetAbility.tweet(); // 委托
  }
  @Override
  public void layEgg() {
    eggLayAbility.layEgg(); // 委托
  }
}

如何判断该用组合还是继承?

  • 使用继承

    • 类之间的继承结构稳定不会轻易改变,继承层次比较浅(比如,最多有两三层继承关系),继承关系不复杂;
    • 如果你不能改变一个函数的入参,而入参又非接口,为了支持多态只能采用继承实现;
    • 设计模式固定使用,如:模版模式等。
  • 使用组合

    • 系统不稳定,继承层次很深,继承关系复杂;
    • 设计模式固定使用,如:装饰器模式、策略模式、组合模式等。