Java设计模式七大原则-合成聚合复用原则

‍作者：猫十二懿

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合成-聚合复用原则

1、合成-聚合复用原则介绍

合成/聚合复用原则（Composition/Aggregation Reuse Principle，CARP）是一种面向对象设计原则，它提倡通过合成/聚合关系（组合关系）来达到代码复用的目的，而不是通过继承关系。

1.1 继承与组合对比

CARP 的基本思想是在设计类之间的关系时，优先选择合成/聚合关系，而不是继承关系。通过将对象组合在一起形成更大的对象，来达到复用的目的。

继承关系在某些情况下可能导致代码的耦合性增加，使得系统的灵活性和可维护性下降。

而合成 / 聚合关系则可以更加灵活地组合对象，使得系统的结构更加松散，各个对象之间的耦合度降低。

1.2 合成与聚合

聚合表示一种弱的 拥有 关系，体现的是A对象可以包含B对象，但B对象不是A对象的一部分。

合成则是一种强的 拥有 关系，体现了严格的部分和整体的关系，部分和整体的生命周期一样。

比如说：

大雁有两个翅 膀，翅膀与大雁是部分和整体的关系，并且它们的生命周期是相同的，于是大雁和翅膀就是合成关系。而大雁是群居动物，所以每只大雁都是属于一个 雁群，一个雁群可以有多只大雁，所以大雁和雁群是聚合关系。

又比如：

合成和聚合是两种描述对象间关系的方式，合成表示整体包含部分，它的组成部分不能再单独存在，例如汽车由底盘，发动机，车身等构成。聚合则表示整体与部分之间是一
种“拥有”的关系，部分可以存在于整体之外，例如公司与员工之间的关系。

2、合成/聚合案例说明

假设我们有一个简单的图形绘制程序，需要绘制不同形状的图形，比如矩形和圆形。我们可以使用合成/聚合复用原则来设计这个程序。

2.1 使用合成/聚合复用原则

首先，让我们使用合成/聚合原则来实现这个例子。我们定义一个抽象类Shape，作为所有图形的基类，其中包含一个抽象方法draw()用于绘制图形。然后，我们创建两个具体类Rectangle和Circle，它们分别实现Shape类，并重写draw()方法来实现矩形和圆形的绘制逻辑。

// 图形抽象类：
abstract class Shape {
    public abstract void draw();
}

// 矩形绘制
class Rectangle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制矩形");
    }
}

// 圆形绘制
class Circle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}

接下来，我们可以在绘制程序中使用这些图形类。我们创建一个Drawing类，其中包含一个drawShape()方法，它接收一个Shape对象，并调用draw()方法来绘制图形。

class Drawing {
    public void drawShape(Shape shape) {
        shape.draw();
    }
}

现在，我们可以使用以下代码来绘制矩形和圆形：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Shape rectangle = new Rectangle();
        Shape circle = new Circle();
        
        Drawing drawing = new Drawing();
        drawing.drawShape(rectangle);  // 绘制矩形
        drawing.drawShape(circle);     // 绘制圆形
    }
}

通过合成/聚合复用原则，我们通过将Drawing类与Shape类组合起来，实现了绘制程序的复用和灵活性。我们可以轻松地扩展程序，添加新的图形类，而不需要修改现有的代码。符合了开闭原则

2.2 不使用合成/聚合复用原则

现在，让我们看看如果不使用合成/聚合复用原则，直接使用继承关系来实现这个例子会出现什么问题。

class Rectangle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制矩形");
    }
}

class Circle extends Rectangle {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}

在这个例子中，我们将圆形类直接继承自矩形类，这样的设计违反了合成/聚合复用原则。虽然代码看起来似乎工作正常，但这种设计存在一些问题。

首先，这种设计导致圆形与矩形之间存在不必要的继承关系。圆形并不是一种特殊的矩形，它们的行为和属性是不同的。这样的继承关系破坏了类的单一职责原则和 Liskov替换原则，增加了代码的复杂性和维护成本。

其次，如果我们想要添加其他形状，比如三角形或椭圆形，我们将不得不在继承关系中继续扩展，比如创建一个Triangle类继承自Shape，或者创建一个Ellipse类继承自Circle，这样的扩展会导致类的层级结构变得复杂，难以管理和扩展。

另外，使用继承关系来实现不同形状的绘制逻辑，限制了我们在运行时动态地改变图形的行为。例如，如果我们想要在运行时切换一个图形的绘制方式，使用继承关系就无法实现这种灵活性。

综上所述，如果不使用合成/聚合复用原则，直接使用继承关系来实现图形绘制程序，会导致类之间的耦合度增加，继承关系的滥用，限制了系统的灵活性和扩展性。而使用合成/聚合复用原则，通过组合对象，可以实现更松散的耦合，更灵活的设计和扩展，使得代码更易于维护和修改。

3、合成/聚合复用原则（CARP）的总结

合成/聚合复用原则的优点：

1. 降低耦合性：通过使用合成/聚合关系而不是继承关系，可以减少类之间的依赖性，降低系统的耦合度。
2. 提高灵活性：合成/聚合关系允许在运行时动态地组合对象，使得系统更加灵活，可以根据需要进行组合和重组。
3. 支持扩展和修改：使用合成/聚合关系可以轻松地添加、修改或替换组件，而不会对现有的代码产生影响，提高了系统的可维护性和可扩展性。
4. 遵循单一职责原则：合成/聚合关系使得每个类都可以专注于自己的职责，提高了类的内聚性和可读性。

合成/聚合复用原则的缺点：

1. 增加代码复杂性：使用合成/聚合关系可能需要引入更多的类和接口，增加了代码的复杂性和理解成本。
2. 需要更多的设计和管理：合成/聚合关系需要更加细致的设计和管理，以确保正确地组合和使用对象，否则可能导致不必要的复杂性和错误。

合成/聚合复用原则的适用场景：

1. 当需要在运行时动态地组合和重组对象，或者需要支持灵活的配置和扩展时，合成/聚合复用原则是非常适用的。
2. 当类之间的关系不是"is-a"的继承关系，而是"has-a"的组合关系时，使用合成/聚合关系更加合适。例如，部分-整体的关系、装饰器模式等场景都可以通过合成/聚合关系来实现。

总结来说，CARP原则通过合成/聚合关系来实现代码的复用和灵活性，相比于继承关系，它能够降低代码的耦合性，提高了系统的可维护性和可扩展性。然而，它也会增加代码的复杂性，需要更多的设计和管理。在需要动态组合对象、支持灵活配置和扩展的场景中，CARP原则是一个有价值的指导原则。