在Java设计原则中，为何推荐组合优于继承？请说明原因。

八股文_设计模式面试题 0 7

参考回答

在Java设计原则中，推荐组合优于继承，其核心原因在于：继承会导致类之间的耦合度过高，而组合能够保持类之间的低耦合。组合是一种更灵活、更易扩展的设计方式，它比继承更容易适应需求变化。

详细讲解与拓展

1. 继承的缺点

尽管继承是面向对象编程的一个重要特性，但它有以下几个缺点，尤其是在设计复杂系统时，这些缺点会变得更加明显：

高耦合度：
继承会导致父类和子类之间的紧密耦合。子类继承了父类的实现，意味着子类对父类的变化是敏感的，父类的修改可能会直接影响到所有子类的行为。这种高耦合关系使得代码的维护变得更加困难，尤其在父类比较庞大或复杂的情况下，修改父类可能引发子类的不稳定性。
单一继承的限制：
Java只支持单继承，即每个类只能继承一个父类。这在某些情况下可能不够灵活，如果需要同时继承多个类的功能，就无法通过继承来实现。例如，假设有两个类ClassA和ClassB分别提供了不同的功能，子类只能选择继承其中一个类，无法同时继承它们的功能。
继承层次过深：
深层次的继承结构容易导致设计变得复杂和难以理解，过度的继承可能会导致类与类之间的关系变得错综复杂，导致代码可读性差和维护成本高。
违反里氏替换原则：
如果子类没有完全实现父类的功能要求，继承关系可能会导致违反里氏替换原则（LSP），使得子类无法正确替代父类，进而导致程序的不稳定。

2. 组合的优点

相比之下，组合是一种更加灵活的设计方式，它通过将一个类作为另一个类的成员变量，从而使得类之间的关系更加松耦合。组合的优点包括：

低耦合度：
组合通过在一个类中包含其他类的实例来实现功能的扩展，类与类之间的依赖关系较弱，修改一个类的实现通常不会直接影响到其他类。这种松耦合使得系统的扩展性和可维护性更好。
灵活性和可扩展性：
组合允许一个类通过组合不同的类来实现多种功能，而不需要依赖于继承的单一继承结构。例如，可以通过组合不同的功能类来动态决定对象的行为，而不需要改变类的继承体系。
避免继承带来的复杂性：
组合避免了继承层次过深的问题，它可以使得系统设计更加简单和清晰。通过组合，可以通过多种方式组合不同的功能类，而不需要在继承结构中引入复杂的层次。
支持多重行为：
Java不支持多重继承，但可以通过组合来实现类似的效果。例如，一个类可以通过组合多个类的实例，来同时拥有多个类的行为。这样就能够同时拥有多个类的功能，而不需要继承多个类。

3. 组合优于继承的实际应用

1. 举例：汽车与发动机

假设我们有一个Car类，它需要有一个Engine类的功能。通过继承，Car类必须继承自Engine类，这显得不自然，因为汽车不应该“是”发动机。正确的做法是，使用组合，Car类拥有一个Engine对象，而不是继承Engine类。

class Engine {
    public void start() {
        System.out.println("Engine starting...");
    }
}

class Car {
    private Engine engine;

    public Car() {
        engine = new Engine();  // 组合
    }

    public void drive() {
        engine.start();
        System.out.println("Car is driving...");
    }
}

在这个设计中，Car类并不直接继承Engine类，而是通过组合来获得Engine的功能。这样做的好处是，如果将来我们需要改变Engine的实现，或者引入新的发动机类型，我们只需要在Car类中替换Engine对象，而不会影响到继承体系。

2. 举例：图形绘制系统

假设我们有一个图形绘制系统，它需要支持多种形状，如圆形、矩形和三角形。如果我们使用继承，每种图形都必须继承一个Shape类，而不同形状的绘制方法可能会有不同的实现，这时继承可能会显得过于复杂。而使用组合，我们可以通过将绘制行为与形状分开，通过组合来实现不同的绘制方式。

interface DrawBehavior {
    void draw();
}

class Circle implements DrawBehavior {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing Circle");
    }
}

class Rectangle implements DrawBehavior {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing Rectangle");
    }
}

class Shape {
    private DrawBehavior drawBehavior;

    public Shape(DrawBehavior drawBehavior) {
        this.drawBehavior = drawBehavior;
    }

    public void draw() {
        drawBehavior.draw();
    }
}

在这个例子中，Shape类通过组合不同的DrawBehavior实现来动态决定如何绘制图形，而不是通过继承实现不同的绘制方法。这样，如果将来需要增加新的绘制行为（例如Triangle），只需要创建新的DrawBehavior实现，而不需要修改Shape类或其子类。

总结

在Java设计中，推荐组合优于继承的原因在于，组合能保持类之间低耦合、增强系统的灵活性和可扩展性。通过组合，类的功能可以通过包含其他类的实例来实现，而不是强行继承父类，这样可以减少对父类的依赖，提高代码的复用性。继承虽然可以帮助我们简化代码，但它会增加类之间的耦合度，并且受限于单继承的限制，可能导致设计上的不灵活。因此，在面对复杂的系统需求时，选择组合而非继承通常能够得到更好的设计结果。