Java基础2-3：继承与实现、多继承、组合与继承

一、前言

  本文内容摘自《深入理解Java核心技术：写给Java工程师的干货笔记（基础篇）》一书，2022年出版，作者 张洪亮（@Hollis），阿里巴巴技术专家，著有《Java工程师成神之路》系列文章，《Java工程师成神之路》电子书已开源，可在阿里云开发者社区免费下载。书籍内容比电子书内容要丰富，内容有修改，有需要的读者可以购买正版书籍。
 
  【如何成神：先搬砖，再砌砖，后造砖！】
 
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二、第2章 面向对象的核心概念【继承与实现、多继承、组合与继承】

1、继承与实现

（1）继承（Inheritance）：如果多个类的某个部分的功能相同，那么可以抽象出一个类，把它们的相同部分都放到父类里，让它们都继承这个类。

（2）实现（Implement）：如果多个类处理的目标是一样的，但是处理的方法、方式不同，那么就定义一个接口，也就是一个标准，让它们都实现这个接口，各自实现自己具体的处理方法。
 

  继承指的是一个类（称为子类、子接口）继承另外一个类（称为父类、父接口）的功能，并可以增加它自己的新功能的能力。所以，继承的根本原因是因为要复用，而实现的根本原因是需要定义一个标准。
 
  在 Java 中，类的继承使用 extends 关键字，而接口的实现使用 implements 关键字。

同样是一台汽车，既可以是电动车，也可以是汽油车，还可以是油电混合汽车，只要遵守不同的标准就行，但是一台车只能属于一个品牌、一个厂商。示例代码：
 
class Car extends Benz implements GasolineCar, ElectroCar { }

  代码中定义了一辆汽车，它实现了电动车和汽油车两个标准，但是它属于奔驰这个品牌，我们可以最大限度地遵守标准，并且复用奔驰车所有已有的一些功能组件。
 
  在接口中只能定义全局常量（static final）和无实现的方法（Java 8 以后可以有defult 方法）；而在继承中可以定义属性方法、变量和常量等。
 

2、多继承

（1）多继承简介
 
  对于一个类只有一个父类的情况，叫单继承。而一个类同时有多个父类的情况叫多继承。
 
  在Java中，一个类只能通过**extends**关键字继承另一个类，不允许多继承。但其它面向对象语言中，如C++是支持多继承的。

（2）菱形继承问题
 
  假设类B和类C都继承了相同的A，类D通过多重继承机制继承了类B和类C，如图：
 
  因为类D同时继承了类B和类C，并且类B和类C又同时继承了类A，那么，类D就会因为多重继承而继承了两份来自类A中的属性和方法。
 
  在使用类D时，如果想调用一个定义在类A中的方法时，就会出现歧义。
 
  C++为了解决菱形继承问题，引入了虚继承。
 
  因为支持多继承，所以引入了菱形继承问题，又因为要解决菱形继承问题，所以又引入了虚继承。经过分析，实际想要使用多继承的情况并不多。
 
  在Java中，不允许“实现多继承”，即一个类不允许继承多个父类。但是允许“声明多继承”，即一个类可以实现多个接口，一个接口也可以继承多个父接口。Java8以前，接口只允许方法声明而不允许有方法实现。
 
  但在Java8中支持了默认函数（Default Method）之后，“Java不支持多继承”。就不是那么绝对了。
 
  虽然无法使用extends同时继承多个类，但是因为有了默认函数，就可能通过implements从多个接口中继承多个默认函数。
 

3、组合与继承

（1）继承复用
 
  继承是类与类或者接口与接口之间最常见的一种关系。继承是一种is-a的关系。如图：

is-a：表示“是一个”的关系。

（2）组合
 
  组合（Composition）体现的是整体与部分之间拥有的关系，即has-a的关系，如图：

has-a：表示“有一个”的关系。

 
（3）组合与继承的区别和联系
 
  首先，在**类的关系确定的时间点**上，组合和继承是有区别的：

• 继承：因为在写代码的时候就要指名具体继承哪个类，所以在编译期就确定了类的关系。并且从基类继承的实现是无法在运行期动态改变的，因此降低了应用的灵活性。
• 组合：在写代码时可以采用面向接口编程，所以类的组合关系一般在运行期确定。

 
  另外，在**代码复用方式**上也有区别：

• 在继承结构中，父类的内部细节对于子类是可见的。所以通常说通过继承的代码复用是一种白盒式代码复用。如果基类的实现发生改变，那么派生类的实现也将随之改变。这样就导致了子类行为的不可预知性。
• 组合是通过对现有的对象进行拼装（组合）产生新的、更复杂的功能。因为在对象之间，各自的内部细节是不可见的，所以也说这种方式的代码复用是黑盒式代码复用。因为在组合中一般都定义一个类型，所以在编译期根本不知道具体会调用哪个实现类的方法。

 
  最后，Java中不支持多继承，而组合是没有限制的。
 
（4）优缺点对比
 

组合关系	继承关系
优点：不破坏封装，整体类与局部类之间松耦合，彼此相对独立	缺点：破坏封装，子类与父类之间紧密耦合，子类依赖于父类的实现，子类缺乏独立性
优点：具有较好的可扩展性	缺点：支持扩展，但是往往以增加系统结构的复杂度为代价
优点：支持动态组合。在运行时，整体对象可以选择不同类型的局部对象	缺点：不支持动态继承。在运行时，子类无法选择不同的父类
优点：整体类可以对局部类进行包装，封装局部类的接口，提供新的接口	缺点：子类不能改变父类的接口
缺点：整体类不能自动获得和局部类同样的接口	优点：子类能自动继承父类的接口
缺点：创建整体类的对象时，需要创建所有局部类的对象	优点：创建子类的对象时，无须创建父类的对象

 
（5）如何选择
 
  相信很多人都知道面向对象中有一个比较重要的原则“多用组合、少用继承”，或者说“组合优于继承”。在《阿里巴巴Java开发手册》中有一条规定：谨慎使用继承的方式进行扩展，优先使用组合的方式实现。
 
  所以，建议在同样可行的情况下，优先使用组合而不是继承。因为组合更安全、更简单、更灵活、更高效。
 
  注意，并不是说继承就一点用都没有了，前面说的是“在同样可行的情况下”。有一些场景还是需要使用继承的，或者是更适合使用继承。

  继承要慎用，其使用场合仅限于你确信使用该技术有效的情况。一个判断方法是，问一问自己是否需要从新类向基类进行向上转型。如果是必须的，则继承是必要的。反之则应该好好考虑是否需要继承。——《Java编程思想》
 
  只有当子类真正是超类的子类型时，才适合用继承。换句话说，对于两个类 A 和 B，只有当两者之间确实存在 is-a 关系的时候，类 B 才应该继承类 A。——《Effective Java》