Java 比继承更好的一种机制 —— 复合

本文结合《Effective Java》第四章条目16《复合优先于继承》和自己的理解及实践，讲解了Java继承机制的缺陷和替代方案，文章发布于专栏Effective Java，欢迎读者订阅。

继承的缺陷

继承的缺陷是由它过于强大的功能所导致的。继承使得子类依赖于超类的实现，从这一点来说，就不符合封装的原则。

一旦超类随着版本的发布而有所变化，子类就有可能遭到破坏，即使它的代码完全没有改变。

为了说明的更加具体，假设我们现在程序中使用到了HashSet，我们需要增加一个功能，去统计这个HashSet自创建以来一共曾经添加过多少元素。

在还不知道继承的缺陷的情况下，我们设计了一个类，继承了HashSet，添加了一个属性addCount来进行统计，并且复写了add和addAll方法，在方法里面修改addCount的值，代码如下：

public class InstrumentedHashSet<E> extends HashSet<E> {    // The number of attempted element insertions    private int addCount = 0;    public InstrumentedHashSet() {    }    public InstrumentedHashSet(int initCap, float loadFactor) {        super(initCap, loadFactor);    }    @Override public boolean add(E e) {        addCount++;        return super.add(e);    }    @Override public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {        addCount += c.size();        return super.addAll(c);    }    public int getAddCount() {        return addCount;    }}

这个类看起了合情合理，但是它并不能正常工作，执行这段代码：

    public static void main(String[] args) {        InstrumentedHashSet<String> s =            new InstrumentedHashSet<String>();        s.addAll(Arrays.asList("Snap", "Crackle", "Pop"));            System.out.println(s.getAddCount()); // expect 3 but 6    }

因为只插入了三个元素，我们期望getAddCount方法应该返回3，然后事实却是返回6，哪里出错了？

其实，在HashSet内部，addAll方法是基于add方法来实现的，因此，使用addAll添加三个元素，会调用一次addAll，三次add。

再看看我们复写的方法，也就明白为什么getAddCount返回6了。

当然，你会说，既然HashSet是这样实现的，那么我们就不要复写addAll方法就行了。是的，没错。

但是这样虽然可以正常工作，但是它的正确性却依赖于这样的事实：HashSet的addll方法是在add方法上实现的。

一旦超类修改了实现细节，我们的功能就会有可能受影响。

总的来说，继承存在三个天然缺陷，这些缺陷会导致软件非常脆弱：

1） 子类如果调用了父类的方法，那么就会对父类形成依赖，一旦父类做了改动，子类就很可能不能正常工作。

2） 如果父类新增了方法，而子类恰好已经提供了一个签名相同但是返回值不同的方法，那么子类将无法通过编译。

3） 在不应该继承的时候使用继承，会暴露不必要的API给子类。这一点，Java平台就犯过错，典型的例子就是Properties继承了HashTable，这是不合理的，属性列表不是散列表，但是Java代码里的Properties却继承了HashTable，导致用户创建Properties实例后，有put和setProperties两个方法，有get和getProperties两个方法，而put和get方法是不应该给用户暴露的。

因为在Properties里，key和value都应该是String，而HashMap可以是其他类型甚至是对象。

public class TestProperty {public static void main(String[] args) {Properties properties = new Properties();properties.setProperty("aaa", "aaa");properties.put("aaa", new TestPropertyObj());System.out.println(properties.getProperty("aaa")); // nullSystem.out.println(properties.get("aaa")); // com.hzy.effjava.chp3.item16.TestProperty$TestPropertyObj@5f4fcc96}static class TestPropertyObj {}}

复合  继承的替代方案

上一节讲了继承的缺陷，这一节就让我们来看看解决这个问题的方案——复合。

首先我们需要一个持有Set对象的一个类，这个类实现了Set接口，实现方法里调用了所持有的Set对象的对应的方法，因此我们也叫它转发类：

public class ForwardingSet<E> implements Set<E> {    private final Set<E> s;    public ForwardingSet(Set<E> s) { this.s = s; }    public void clear()               { s.clear();            }    public boolean contains(Object o) { return s.contains(o); }    public boolean isEmpty()          { return s.isEmpty();   }    public int size()                 { return s.size();      }    public Iterator<E> iterator()     { return s.iterator();  }    public boolean add(E e)           { return s.add(e);      }    public boolean remove(Object o)   { return s.remove(o);   }    public boolean containsAll(Collection<?> c)                                   { return s.containsAll(c); }    public boolean addAll(Collection<? extends E> c)                                   { return s.addAll(c);      }    public boolean removeAll(Collection<?> c)                                   { return s.removeAll(c);   }    public boolean retainAll(Collection<?> c)                                   { return s.retainAll(c);   }    public Object[] toArray()          { return s.toArray();  }    public <T> T[] toArray(T[] a)      { return s.toArray(a); }    @Override public boolean equals(Object o)                                       { return s.equals(o);  }    @Override public int hashCode()    { return s.hashCode(); }    @Override public String toString() { return s.toString(); }}

接着，我们就可以设计具有统计功能的类了，只需要去继承我们刚刚创建的转发类，然后统计的逻辑代码的编写即可：

public class InstrumentedSet<E> extends ForwardingSet<E> {    private int addCount = 0;    public InstrumentedSet(Set<E> s) {        super(s);    }    @Override public boolean add(E e) {        addCount++;        return super.add(e);    }    @Override public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {        addCount += c.size();        return super.addAll(c);    }    public int getAddCount() {        return addCount;    }    public static void main(String[] args) {        InstrumentedSet<String> s =            new InstrumentedSet<String>(new HashSet<String>());        s.addAll(Arrays.asList("Snap", "Crackle", "Pop"));            System.out.println(s.getAddCount());    }}

这样的实现方式，避免了上一节讲的所有问题，由于不使用继承，它不依赖于超类的实现逻辑，也不用担心超类新增新的方法对我们的影响。

而且这样写还有一个好处，这个类可以给所有实现了Set接口的类添加统计功能，而不仅仅是HashSet，还包括TreeSet等其他Set。

其实，这就是装饰模式，InstrumentedSet对Set进行了修饰，给它增加了计数属性。

总结

继承会破坏类的封装性，导致子类非常脆弱，容易受到破坏。

使用复合的方式，对超类进行修饰，使得子类更加的健壮，同时功能更加强大。