Java中继承的缺陷

JAVA中使用到继承就会有两个无法回避的缺点:

  1. 打破了封装性,子类依赖于超类的实现细节,和超类耦合。
  2. 超类更新后可能会导致错误。

这篇文章的意图并非鼓励不使用继承,而是仅从使用继承带来的问题出发,讨论继承机制不太好的地方。

继承机制打破了封装性

关于这一点,下面是一个详细的例子(来源于Effective Java第16条)

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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);
}
}

这里自定义了一个HashSet,重写了两个方法,它和超类唯一的区别是加入了一个计数器,用来统计添加过多少个元素。

写一个测试来测试这个新增的功能是否工作:

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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());
}
}

运行后会发现,加入了3个元素之后,计数器输出的值是6。

进入到超类中的addAll()方法就会发现出错的原因:它内部调用的是add()方法。所以在这个测试里,进入子类的addAll()方法时,数器加3,然后调用超类的addAll(),超类的addAll()又会调用子类的add()三次,这时计数器又会再加三。

问题的根源

将这种情况抽象一下,可以发现出错是因为超类的可覆盖的方法存在自用性(即超类里可覆盖的方法调用了别的可覆盖的方法),这时候如果子类覆盖了其中的一些方法,就可能导致错误。

比如上图这种情况,Father类里有可覆盖的方法A和方法B,并且A调用了B。子类Son重写了方法B,这时候如果子类调用继承来的方法A,那么方法A调用的就不再是Father.B(),而是子类中的方法Son.B()。如果程序的正确性依赖于Father.B()中的一些操作,而Son.B()重写了这些操作,那么就很可能导致错误产生。

关键在于,一旦发生重写,子类的写法很可能从表面上看来没有问题,但是却会出错,这就迫使开发者去了解超类的实现细节,从而打破了面向对象的封装性,因为封装性是要求隐藏实现细节的。更危险的是,错误不一定能轻易地被测出来,如果开发者不了解超类的实现细节就进行重写,那么可能就埋下了隐患。

超类更新时可能产生错误

这一点比较好理解,主要是因为子类超类强耦合,可能有以下几种错误出现:

  1. 超类新增了方法:
    • 和子类已有方法的签名相同但返回类型不同,会导致编译错误。
    • 和子类的已有方法签名相同,会导致子类无意中复写,回到了第一种情况。
    • 和子类无冲突,但可能会影响程序的正确性。比如子类中元素加入集合必须要满足特定条件,这时候如果超类加入了一个无需检测就可以直接将元素插入的方法,程序的正确性就受到了威胁。
  2. 超类不知道自己被继承,轻易更改了已有方法的签名,导致编译错误。

设计可继承的类

设计可以用来继承的类时,应该注意:

  • 保证开放封闭原则,尽量不进行复写。
  • 对于存在自用性的可覆盖方法,设计者应该考虑到被复写的情况,要提供文档精确描述调用细节。
  • 尽可能少的暴露受保护成员,否则会暴露太多实现细节。
  • 构造器不应该调用任何可覆盖的方法。

详细解释下最后一点。它实际上和 继承打破了封装性 里讨论的问题很相似,假设有以下代码:

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

public void someMethod() {
}
}
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public class Son extends Father {
private Date date;

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

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

上述代码在运行测试时就会抛出NullPointerException

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

@Test
public void test() {
son.someMethod();
}
}

因为超类的构造函数会在子类的构造函数之前先运行,这里超类的构造函数对someMethod()有依赖,同时someMethod()被重写,所以超类的构造函数里调用到的将是Son.someMethod(),而这时候子类还没被初始化,于是在运行到date.getTime()时便抛出了空指针异常。

因此如果在超类的构造函数里对可覆盖的方法有依赖,在继承时就可能会出错。

结论

继承有很多优点,但在使用时应该慎重并多加考虑。同样用来实现代码复用的还有复合,如果不需要多态,并且用继承和复合皆可的前提下,则应该优先使用复合,因为复合可以保持超类对实现细节的屏蔽,同时实现代码复用。

上述关于继承的缺点都可以用复合来避免。这也是设计模式里的复合优先于继承

如果使用继承,那么应该留意重写超类中存在自用性的可覆盖方法可能会出错,即使不进行重写,超类更新时也可能会引入错误。同时也应该精心设计超类,对任何相互调用的可覆盖方法提供详细文档。

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