java 中复合机制的实例详解

java 中复合机制的实例详解

继承的缺陷

继承的缺陷是由它过于强大的功能所导致的。继承使得子类依赖于超类的实现，从这一点来说，就不符合封装的原则。
一旦超类随着版本的发布而有所变化，子类就有可能遭到破坏，即使它的代码完全没有改变。

为了说明的更加具体，假设我们现在程序中使用到了HashSet，我们需要增加一个功能，去统计这个HashSet自创建以来一共曾经添加过多少元素。

在还不知道继承的缺陷的情况下，我们设计了一个类，继承了HashSet，添加了一个属性addCount来进行统计，并且复写了add和addAll方法，在方法里面修改addCount的值，

代码如下：

public class InstrumentedHashSet<E> extends HashSet<E> {
  // The number of attempted element insertions
  private int addCount = 0; 

  public InstrumentedHashSet() {
  } 

  public InstrumentedHashSet(int initCap, float loadFactor) {
    super(initCap, loadFactor);
  } 

  @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);
  } 

  public int getAddCount() {
    return addCount;
  } 

}

这个类看起了合情合理，但是它并不能正常工作，执行这段代码：

public static void main(String[] args) {
  InstrumentedHashSet<String> s =
    new InstrumentedHashSet<String>();
  s.addAll(Arrays.asList("Snap", "Crackle", "Pop"));
  System.out.println(s.getAddCount()); // expect 3 but 6
}

因为只插入了三个元素，我们期望getAddCount方法应该返回3，然后事实却是返回6，哪里出错了？

其实，在HashSet内部，addAll方法是基于add方法来实现的，因此，使用addAll添加三个元素，会调用一次addAll，三次add。
再看看我们复写的方法，也就明白为什么getAddCount返回6了。

当然，你会说，既然HashSet是这样实现的，那么我们就不要复写addAll方法就行了。是的，没错。

但是这样虽然可以正常工作，但是它的正确性却依赖于这样的事实：HashSet的addll方法是在add方法上实现的。

一旦超类修改了实现细节，我们的功能就会有可能受影响。

总的来说，继承存在三个天然缺陷，这些缺陷会导致软件非常脆弱：

1） 子类如果调用了父类的方法，那么就会对父类形成依赖，一旦父类做了改动，子类就很可能不能正常工作。
2） 如果父类新增了方法，而子类恰好已经提供了一个签名相同但是返回值不同的方法，那么子类将无法通过编译。
3） 在不应该继承的时候使用继承，会暴露不必要的API给子类。这一点，Java平台就犯过错，典型的例子就是Properties继承了HashTable，这是不合理的，属性列表不是散列表，但是Java代码里的Properties却继承了HashTable，导致用户创建Properties实例后，有put和setProperties两个方法，有get和getProperties两个方法，而put和get方法是不应该给用户暴露的。
因为在Properties里，key和value都应该是String，而HashMap可以是其他类型甚至是对象。

public class TestProperty {
  public static void main(String[] args) {
    Properties properties = new Properties();
    properties.setProperty("aaa", "aaa");
    properties.put("aaa", new TestPropertyObj());
    System.out.println(properties.getProperty("aaa")); // null
    System.out.println(properties.get("aaa")); // com.hzy.effjava.chp3.item16.TestProperty$TestPropertyObj@5f4fcc96
  }
  static class TestPropertyObj { 

  }
}

复合  继承的替代方案

上一节讲了继承的缺陷，这一节就让我们来看看解决这个问题的方案——复合。

首先我们需要一个持有Set对象的一个类，这个类实现了Set接口，实现方法里调用了所持有的Set对象的对应的方法，因此我们也叫它转发类：

public class ForwardingSet<E> implements Set<E> {
  private final Set<E> s;
  public ForwardingSet(Set<E> s) { this.s = s; } 

  public void clear()        { s.clear();      }
  public boolean contains(Object o) { return s.contains(o); }
  public boolean isEmpty()     { return s.isEmpty();  }
  public int size()         { return s.size();   }
  public Iterator<E> iterator()   { return s.iterator(); }
  public boolean add(E e)      { return s.add(e);   }
  public boolean remove(Object o)  { return s.remove(o);  }
  public boolean containsAll(Collection<?> c)
                  { return s.containsAll(c); }
  public boolean addAll(Collection<? extends E> c)
                  { return s.addAll(c);   }
  public boolean removeAll(Collection<?> c)
                  { return s.removeAll(c);  }
  public boolean retainAll(Collection<?> c)
                  { return s.retainAll(c);  }
  public Object[] toArray()     { return s.toArray(); }
  public <T> T[] toArray(T[] a)   { return s.toArray(a); }
  @Override public boolean equals(Object o)
                    { return s.equals(o); }
  @Override public int hashCode()  { return s.hashCode(); }
  @Override public String toString() { return s.toString(); }
}

接着，我们就可以设计具有统计功能的类了，只需要去继承我们刚刚创建的转发类，然后统计的逻辑代码的编写即可：

public class InstrumentedSet<E> extends ForwardingSet<E> {
  private int addCount = 0; 

  public InstrumentedSet(Set<E> s) {
    super(s);
  } 

  @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);
  }
  public int getAddCount() {
    return addCount;
  } 

  public static void main(String[] args) {
    InstrumentedSet<String> s =
      new InstrumentedSet<String>(new HashSet<String>());
    s.addAll(Arrays.asList("Snap", "Crackle", "Pop"));
    System.out.println(s.getAddCount());
  }
}

这样的实现方式，避免了上一节讲的所有问题，由于不使用继承，它不依赖于超类的实现逻辑，也不用担心超类新增新的方法对我们的影响。

而且这样写还有一个好处，这个类可以给所有实现了Set接口的类添加统计功能，而不仅仅是HashSet，还包括TreeSet等其他Set。

其实，这就是装饰模式，InstrumentedSet对Set进行了修饰，给它增加了计数属性。

总结

继承会破坏类的封装性，导致子类非常脆弱，容易受到破坏。

使用复合的方式，对超类进行修饰，使得子类更加的健壮，同时功能更加强大。

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