為什麼說Java中要慎重使用繼承

Java團長發表於2018-05-25
Java繼承

JAVA中使用到繼承就會有兩個無法迴避的缺點：

  1. 打破了封裝性，迫使開發者去了解超類的實現細節，子類和超類耦合。
  2. 超類更新後可能會導致錯誤。

繼承打破了封裝性

關於這一點，下面是一個詳細的例子（來源於Effective Java第16條）

public class MyHashSet<E> extends HashSet<E> {
    private int addCount = 0;

    public int getAddCount() {
        return addCount;
    }

    @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);
    }
}
複製程式碼

這裡自定義了一個HashSet，重寫了兩個方法，它和超類唯一的區別是加入了一個計數器，用來統計新增過多少個元素。

寫一個測試來測試這個新增的功能是否工作：

public class MyHashSetTest {
    private MyHashSet<Integer> myHashSet = new MyHashSet<Integer>();

    @Test
    public void test() {
        myHashSet.addAll(Arrays.asList(1,2,3));
        
        System.out.println(myHashSet.getAddCount());
    }
}
複製程式碼

執行後會發現，加入了3個元素之後，計數器輸出的值是6。

進入到超類中的addAll()方法就會發現出錯的原因：它內部呼叫的是add()方法。所以在這個測試裡，進入子類的addAll()方法時，數器加3，然後呼叫超類的addAll()，超類的addAll()又會呼叫子類的add()三次，這時計數器又會再加三。

問題的根源

將這種情況抽象一下，可以發現出錯是因為超類的可覆蓋的方法存在

自用性

(即超類裡可覆蓋的方法呼叫了別的可覆蓋的方法)，這時候如果子類覆蓋了其中的一些方法，就可能導致錯誤。

為什麼說Java中要慎重使用繼承

比如上圖這種情況，Father類裡有可覆蓋的方法A和方法B，並且A呼叫了B。子類Son重寫了方法B，這時候如果子類呼叫繼承來的方法A，那麼方法A呼叫的就不再是Father.B()，而是子類中的方法Son.B()。如果程式的正確性依賴於Father.B()中的一些操作，而Son.B()重寫了這些操作，那麼就很可能導致錯誤產生。

關鍵在於，子類的寫法很可能從表面上看來沒有問題，但是卻會出錯，這就迫使開發者去了解超類的實現細節，從而打破了物件導向的封裝性，因為封裝性是要求隱藏實現細節的。更危險的是，錯誤不一定能輕易地被測出來，如果開發者不瞭解超類的實現細節就進行重寫，那麼可能就埋下了隱患。

超類更新時可能產生錯誤

這一點比較好理解，主要有以下幾種可能：

  • 超類更改了已有方法的簽名。會導致編譯錯誤。
  • 超類新增了方法：
    • 和子類已有方法的簽名相同但返回型別不同，會導致編譯錯誤。
    • 和子類的已有方法簽名相同，會導致子類無意中複寫，回到了第一種情況。
    • 和子類無衝突，但可能會影響程式的正確性。比如子類中元素加入集合必須要滿足特定條件，這時候如果超類加入了一個無需檢測就可以直接將元素插入的方法，程式的正確性就受到了威脅。

設計可繼承的類

設計可以用來繼承的類時，應該注意：

  • 對於存在自用性的可覆蓋方法，應該用文件精確描述呼叫細節。
  • 儘可能少的暴露受保護成員，否則會暴露太多實現細節。
  • 構造器不應該呼叫任何可覆蓋的方法。

詳細解釋下第三點。它實際上和

繼承打破了封裝性

裡討論的問題很相似，假設有以下程式碼：

public class Father {
    public Father() {
        someMethod();
    }

    public void someMethod() {
    }
}
複製程式碼

public class Son extends Father {
    private Date date;

    public Son() {
        this.date = new Date();
    }

    @Override
    public void someMethod() {
        System.out.println("Time = " + date.getTime());
    }
}
複製程式碼

上述程式碼在執行測試時就會丟擲NullPointerException ：

public class SonTest {
    private Son     son = new Son();

    @Test
    public void test() {
        son.someMethod();
    }
}
複製程式碼

因為超類的建構函式會在子類的建構函式之前先執行，這裡超類的建構函式對someMethod()有依賴，同時someMethod()被重寫，所以超類的建構函式裡呼叫到的將是Son.someMethod()，而這時候子類還沒被初始化，於是在執行到date.getTime()時便丟擲了空指標異常。

因此，如果在超類的建構函式裡對可覆蓋的方法有依賴，那麼在繼承時就可能會出錯。

結論

慎重使用繼承，複合優先於繼承。

使用繼承時重寫超類中存在自用性的可覆蓋方法可能會出錯，即使不進行重寫，超類更新時也可能會引入錯誤。

如果使用繼承和複合皆可，那麼優先使用複合，上述關於繼承的缺點都可以用複合來避免。

如果要使用繼承，那麼應該精心設計超類，並提供詳細文件。


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