• 「MoreThanJava」 宣揚(yáng)的是 「學(xué)習(xí)，不止 CODE」，本系列 Java 基礎(chǔ)教程是自己在結(jié)合各方面的知識之后，對 Java 基礎(chǔ)的一個(gè)總回顧，旨在 「幫助新朋友快速高質(zhì)量的學(xué)習(xí)」。
• 當(dāng)然 不論新老朋友 我相信您都可以 從中獲益。如果覺得 「不錯(cuò)」 的朋友，歡迎 「關(guān)注 + 留言 + 分享」，文末有完整的獲取鏈接，您的支持是我前進(jìn)的最大的動(dòng)力！

Part 1. 繼承概述

上一篇文章 中我們簡單介紹了繼承的作用，它允許創(chuàng)建 具有邏輯等級結(jié)構(gòu)的類體系，形成一個(gè)繼承樹。

Animal 繼承樹

繼承使您可以基于現(xiàn)有類定義新類。新類與現(xiàn)有類相似，但是可能具有其他實(shí)例變量和方法。這使編程更加容易，因?yàn)槟梢?在現(xiàn)有的類上構(gòu)建，而不必從頭開始。

繼承是現(xiàn)代軟件取得巨大成功的部分原因。程序員能夠在先前的工作基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展并不斷改進(jìn)和升級現(xiàn)有軟件。

面向?qū)ο笾?#xff0c;寫代碼的一些問題

如果你有一個(gè)類的源代碼，你可以復(fù)制代碼并改變它變成你想要的樣子。在面向?qū)ο缶幊讨?#xff0c;就是這樣子做的。但至少有兩個(gè)問題：

? 很難保持僅僅有條。

假設(shè)您已經(jīng)有了幾十個(gè)需要的類，并且需要基于原始類創(chuàng)造新的一些類，再基于新的類創(chuàng)造出更新的類，最終您將獲得數(shù)十個(gè)源文件，這些源文件都是通過其他已更改的源文件的另外版本。

假設(shè)現(xiàn)在在一個(gè)源文件中發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，一些基于它的源文件需要進(jìn)行修復(fù)，但是對于其他源文件來說，并不需要！沒有細(xì)致的寫代碼的計(jì)劃，您最終會(huì)陷入混亂....

? 需要學(xué)習(xí)原始代碼。

假設(shè)您有一個(gè)復(fù)雜的類，基本上可以完成所需的工作，但是您需要進(jìn)行一些小的修改。如果您修改了源代碼，即使是進(jìn)行了很小的更改，也可能會(huì)破壞某些內(nèi)容。因此，您必須研究原始代碼以確保所做的更改正確，這可能并不容易。

Java 的自動(dòng)繼承機(jī)制極大地緩解了這兩個(gè)問題。

單繼承

用于作為新類模板的類稱為 父類 (或超類或基類)，基于父類創(chuàng)建的類稱為 子類 (或派生類)。

就像上圖中演示的那樣，箭頭從子類指向父類。(在上圖中，云表示類，而矩形表示對象，這樣的表示的方法來自于 Grady Booch 寫的《面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)》一書。而在官方的 UML-統(tǒng)一建模語言 中，類和對象都用矩形表示，請注意這一點(diǎn))

在 Java 中，子類僅從一個(gè)父類繼承特征，這被稱為 單繼承 (與人類不同)。

有些語言允許"孩子"從多個(gè)"父母"那里繼承，這被稱為 多繼承。但由于具有多重繼承，有時(shí)很難說出哪個(gè)父母為孩子貢獻(xiàn)了哪些特征 (跟人類一樣..)。

Java 通過使用單繼承避免了這些問題。(意思 Java 只允許單繼承)

is-a 關(guān)系

上圖顯示了一個(gè)父類 (Video 視頻類)，一個(gè)子類 (Movie 電影類)。它們之間的實(shí)線表示 "is-a" 的關(guān)系：電影是視頻。

注意，繼承是在類之間，而不是在對象之間。 (上圖兩朵云都代表類)

父類是構(gòu)造對象時(shí)使用的藍(lán)圖，子類用于構(gòu)造看起來像父對象的對象，但具有附加功能的對象。

類之間的關(guān)系簡述

簡單地說，類和類之間的關(guān)系有三種：is-a、has-a 和 use-a。

• is-a 關(guān)系也叫繼承或泛化，比如學(xué)生和人的關(guān)系、手機(jī)和電子產(chǎn)品的關(guān)系都屬于繼承關(guān)系；
• has-a 關(guān)系通常稱之為關(guān)聯(lián)，比如部門和員工的關(guān)系、汽車和引擎的關(guān)系都屬于關(guān)聯(lián)關(guān)系；關(guān)聯(lián)關(guān)系如果是整體和部分的關(guān)聯(lián)，那么我們稱之為 聚合關(guān)系；如果整體進(jìn)一步負(fù)責(zé)了部分的生命周期 (整體和部分是不可分割的，同時(shí)同在也同時(shí)消亡)，那么這種就是最強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，我們稱之為 合成 關(guān)系。
• use-a 關(guān)系通常稱之為依賴，比如司機(jī)有一個(gè)駕駛的行為 (方法)，其中 (的參數(shù)) 使用到了汽車，那么司機(jī)和汽車的關(guān)系就是依賴關(guān)系。

利用類之間的這些關(guān)系，我們可以在已有類的基礎(chǔ)上來完成某些操作，也可以在已有類的基礎(chǔ)上創(chuàng)建新的類，這些都是實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用的重要手段。復(fù)用現(xiàn)有的代碼不僅可以減少開發(fā)的工作量，也有利于代碼的管理和維護(hù)，這是我們在日常工作中都會(huì)使用到的技術(shù)手段。

層級結(jié)構(gòu)

上圖顯示了一個(gè)父類和一個(gè)子類的 層次結(jié)構(gòu)，以及從每個(gè)類構(gòu)造的一些對象。這些對象用矩形表示，以表達(dá)它們比設(shè)計(jì)的類更真實(shí)。

在層次結(jié)構(gòu)中，每個(gè)類最多有一個(gè)父類，但可能有幾個(gè)子類。層次結(jié)構(gòu)頂部的類沒有父級。此類稱為層次結(jié)構(gòu)的 根。

另外，一個(gè)類可以是另一個(gè)子類的父類，也可以是父類的子類。就像人類一樣，一個(gè)人是某些人類的孩子，也是其他人類的父母。(但在 Java 中，一個(gè)孩子只有一個(gè)父母)

Part 2. 繼承的實(shí)現(xiàn)

從父類派生子類的語法是使用 extend 關(guān)鍵字：

class?ChildClass?extend?ParentClass?{
????//?子類的新成員和構(gòu)造函數(shù)....
}

父類的成員 (變量和方法) 通過繼承包含在子類中。其他成員將在其類定義中添加到子類。

視頻觀影 App 示例

Java 編程是通過創(chuàng)建類層次結(jié)構(gòu)并從中實(shí)例化對象來完成的。您可以擴(kuò)展自己的類或擴(kuò)展已經(jīng)存在的類。Java 開發(fā)工具包 (JDK) 為您提供了豐富的基類集合，您可以根據(jù)需要擴(kuò)展這些基類。

(如果某些類已經(jīng)使用 final 修飾，則無法繼承)

下面演示了一個(gè)使用 Video 類作為基類的視頻觀影 App 的程序設(shè)計(jì)：

Video 基類：

class?Video?{

????private?String?title;???//?name?of?video
????private?int?length;?????//?number?of?minutes

????//?constructor
????public?Video(String?title,?int?length)?{
????????this.title?=?title;
????????this.length?=?length;
????}

????public?String?toString()?{
????????return?"title="?+?title?+?",?length="?+?length;
????}

????public?String?getTitle()?{?return?title;}
????public?void?setTitle(String?title)?{?this.title?=?title;}
????public?int?getLength()?{?return?length;}
????public?void?setLength(int?length)?{?this.length?=?length;}
}

Movie 電影類繼承 Video：

class?Movie?extends?Video?{

????private?String?director;//?name?of?the?director
????private?String?rating;??//?num?of?rating

????//?constructor
????public?Movie(String?title,?int?length,?String?director,?String?rating)?{
????????super(title,?length);
????????this.director?=?director;
????????this.rating?=?rating;
????}

????public?String?getDirector()?{?return?director;?}
????public?String?getRating()?{?return?rating;?}
}

這兩個(gè)類均已定義：Video 類可用于構(gòu)造視頻類型的對象，現(xiàn)在 Movie 類可用于構(gòu)造電影類型的對象。

Movie 類具有在 Video 中定義的成員變量和公共方法。

使用父類的構(gòu)造函數(shù)

查看上方的示例，在 Movie 類的初始化構(gòu)造函數(shù)中有一條 super(title, length); 的語句，是 "調(diào)用父類 Video 中帶有 title、length 參數(shù)的構(gòu)造器" 的簡寫形式。

由于 Movie 類的構(gòu)造器不能訪問 Video 類的私有字段，所以必須通過一個(gè)構(gòu)造器來初始化這些私有字段。可以利用特殊的 super 語法調(diào)用這個(gè)構(gòu)造器。

重要說明：super() 必須是子類構(gòu)造函數(shù)中的第一條語句。 (這意味子類構(gòu)造器總是會(huì)先調(diào)用父類的構(gòu)造器) 這件事經(jīng)常被忽略，導(dǎo)致的結(jié)果就是一些神秘的編譯器錯(cuò)誤消息。

如果子類的構(gòu)造器沒有顯式地調(diào)用父類的構(gòu)造器，將自動(dòng)地調(diào)用父類的無參構(gòu)造器。如果父類沒有無參數(shù)的構(gòu)造器，并且在子類的構(gòu)造器中又沒有顯式地調(diào)用父類的其他構(gòu)造器，Java 編譯器就會(huì)報(bào)告一個(gè)錯(cuò)誤。(在我們的例子中 Video 缺少無參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，故?上面圖片代碼會(huì)報(bào)錯(cuò))

創(chuàng)建一個(gè)無參構(gòu)造函數(shù)

關(guān)于構(gòu)造函數(shù)的一些細(xì)節(jié)：

您可以顯式為類編寫無參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。

如果您沒有為類編寫任何構(gòu)造函數(shù)，那么將自動(dòng)提供無參數(shù)構(gòu)造函數(shù) (稱為默認(rèn)構(gòu)造函數(shù))。

如果為一個(gè)類編寫了一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，則不會(huì)自動(dòng)提供默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)。

因此：如果您為類編寫了額外的構(gòu)造函數(shù)，那么，則還必須編寫一個(gè)無參數(shù)構(gòu)造函數(shù) (供子類調(diào)用)。

在示例程序中，類 Video 包含構(gòu)造函數(shù)，因此不會(huì)自動(dòng)提供默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。所以，Movie 類 super() 函數(shù)建議默認(rèn)使用的構(gòu)造函數(shù) (會(huì)自動(dòng)調(diào)用無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)) 會(huì)導(dǎo)致語法錯(cuò)誤。

解決方法是將無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)顯式放在類中 Video ，如下所示：

class?Video?{

????private?String?title;???//?name?of?video
????private?int?length;?????//?number?of?minutes

????//?no-argument?constructor
????public?Video()?{
????????this.title?=?"unknown";
????????this.length?=?0;
????}

????//?constructor
????public?Video(String?title,?int?length)?{
????????this.title?=?title;
????????this.length?=?length;
????}

????...
}

覆蓋方法

讓我們來實(shí)例化 Movie 對象：

public?class?Tester?{

????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Video?video?=?new?Video("視頻1",?90);
????????Movie?movie?=?new?Movie("悟空傳",?139,?"郭子健",?"5.9");
????????System.out.println(video.toString());
????????System.out.println(movie.toString());
????}
}

程序輸出：

title=視頻1, length=90
title=悟空傳, length=139

movie.toString() 是 Movie 類直接繼承自 Video 類，它并沒有使用 Movie 對象具有的新變量，因此并不會(huì)打印導(dǎo)演和評分。

我們需要給 Movie 類添加新的 toString() 的使用方法：

//?添加到?Movie?類中
public?String?toString()?{
????return?"title:"?+?getTitle()?+?",?length:"?+?getLength()?+?",?director:"?+?getDirector()
????????+?",?rating:"?+?getRating();
}

現(xiàn)在，Movie 擁有了自己的 toString() 方法，該方法使用了繼承自 Video 的變量和自己定義的變量。

即使父類有一個(gè) toString() 方法，子類中新定義的 toString() 也會(huì) 覆蓋 父類的版本。當(dāng)子類方法的 簽名 (就是返回值 + 方法名稱 + 參數(shù)列表) 與父類相同時(shí)，子類的方法就會(huì) 覆蓋 父類的方法。

現(xiàn)在運(yùn)行程序，Movie 打印出了我們期望的完整信息：

title=視頻1, length=90
title:悟空傳, length:139, director:郭子健, rating:5.9
“

有些人認(rèn)為 super 與 this 引用是類似的概念，實(shí)際上，這樣比較并不太恰當(dāng)。這是因?yàn)?super 不是一個(gè)對象的引用，例如，不能將值 super 賦給另一個(gè)對象變量，它只是一個(gè)指示編譯器調(diào)用父類方法的特殊關(guān)鍵字。

正像前面所看到的那樣，在子類中可以增加字段、增加方法或覆蓋父類的方法，不過，繼承絕對不會(huì)刪除任何字段或方法。

Part 3. 更多細(xì)節(jié)

protected 關(guān)鍵字

如果類中創(chuàng)建的變量或者方法使用 protected 描述，則指明了 "就類用戶而言，這是 private 的，但對于任何繼承于此類的導(dǎo)出類或者任何位于同一個(gè) 包 內(nèi)的類來說，它是可以訪問的"。下面我們就上面的例子來演示：

public?class?Video?{
????protected?String?title;???//?name?of?video
????protected?int?length;?????//?number?of?minutes
????...
}

public?class?Movie?extends?Video?{
????...
????public?String?toString()?{
????????return?"title:"?+?title?+?",?length:"?+?length?+?",?director:"?+?director
????????????+?",?rating:"?+?rating;
????}
????...
}

在 protected 修飾之前，如果子類 Movie 要訪問父類 Video 的 title 私有變量只能通過父類暴露出來的 getTitle() 公共方法，現(xiàn)在則可以直接使用。

向上轉(zhuǎn)型

"為新的類提供方法" 并不是繼承技術(shù)中最重要的方面，其最重要的方面是用來表現(xiàn)新類和基類之間的關(guān)系。這種關(guān)系可以用 "新類是現(xiàn)有類的一種類型" 這句話加以概括。

由于繼承可以確保基類中所有的方法在子類中也同樣有效，所以能夠向基類發(fā)送的所有信息也同樣可以向子類發(fā)送。例如，如果 Video 類具有一個(gè) play() 方法， 那么 Movie 類也將同樣具備。這意味著我們可以準(zhǔn)確地說 Movie 對象也是一種類型的 Video。(體現(xiàn) is-a 關(guān)系)

這一概念的體現(xiàn)用下面的例子來說明：

public?class?Video?{
????...
????public?void?play()?{}
????public?static?void?start(Video?video)?{
????????//?...
????????video.play();
????}
????...
}

//?測試類
public?class?Tester?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Movie?movie?=?new?Movie("悟空傳",?139,?"郭子健",?"5.9");
????????Video.start(movie);
????}
}

在示例中，start() 方法可以接受 Video 類型的引用，這是在太有趣了！

在測試類中，傳遞給 start() 方法的是一個(gè) Movie 引用。鑒于 Java 是一個(gè)對類型檢查十分嚴(yán)格的語言，接受某種類型 (上例是 Video 類型) 的方法同樣可以接受另外一種類型 (上例是 Movie 類型) 就會(huì)顯得很奇怪！

除非你認(rèn)識到 Movei 對象也是一種 Video 對象。

在 start() 方法中，程序代碼可以對 Video 和它所有子類起作用，這種將 Movie 引用轉(zhuǎn)換為 Video 引用的動(dòng)作，我們稱之為 向上轉(zhuǎn)型 (這樣稱呼是因?yàn)樵诶^承樹的畫法上，基類在子類的上方...)。

Object 類

所有的類均具有父類，除了 Object 類。Java 類層次結(jié)構(gòu)的最頂部就是 Object 類。

如果類沒有顯式地指明繼承哪一個(gè)父類，那么它會(huì)自動(dòng)地繼承自 Object 類。如果一個(gè)子類繼承了一個(gè)父類，那么父類要么繼承它的父類，要么自動(dòng)繼承 Object。最終，所有的類都將 Object 作為祖先。

這意味著 Java 中的所有類都具有一些共同的特征。這些特征在被定義在 Object 中：

Object 類擁有的方法

(其中 finalize() 方法在 Java 9 之后棄用了，原因是因?yàn)樗旧泶嬖谝恍﹩栴}，可能導(dǎo)致性能問題：死鎖、掛起和其他問題...)

(想看源碼可以打一個(gè) Object，然后按住 Ctrl 不放，然后點(diǎn)擊 Object 就可以進(jìn)入 JDK 源碼查看了，源碼有十分規(guī)范的注釋和結(jié)構(gòu)，你有時(shí)甚至?xí)l(fā)現(xiàn)一些有趣的東西...)

Java 之父 Gosling 設(shè)計(jì)的 Object 類，是對萬事萬物的抽象，是在哲學(xué)方向上進(jìn)行的延伸思考，高度概括了事物的自然行為和社會(huì)行為。我們都知道哲學(xué)的三大經(jīng)典問題：我是誰？我從哪里來？我到哪里去？在 Object 類中，這些問題都可以得到隱約的解答：

我是誰？ getClass() 說明本質(zhì)上是誰，而 toString() 是當(dāng)前的名片；

我從哪里來？ Object() 構(gòu)造方法是生產(chǎn)對象的基本方式，clone() 是繁殖對象的另一種方式；

我到哪里去？ finalize() 是在對象銷毀時(shí)觸發(fā)的方法；(Java 9 之后已移除)

另外，Object 還映射了社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的一些問題：

世界是否因你而不同？ hashCode() 和 equals() 就是判斷與其他元素是否相同的一組方法；

與他人如何協(xié)調(diào)？ wait() 和 notify() 就是對象間通信與協(xié)作的一組方法；

理解方法調(diào)用

準(zhǔn)確地理解如何在對象上應(yīng)用方法調(diào)用非常重要。下面假設(shè)我們要調(diào)用 x.f(args)，x 是聲明為 C 的一個(gè)對象。下面是調(diào)用過程的詳細(xì)描述：

編譯器查看對象的聲明類型和方法名。需要注意的是：有可能存在多個(gè)名字為 f 但參數(shù)類型不一樣的方法。例如，可能存在 f(int) 和 f(String)。編譯器將會(huì)一一列舉 C 類中所有名為 f 的方法和其父類中所有名為 f 而且可以訪問的方法 (父類中的私有方法不可訪問)。至此，編譯器一直到所有可能被調(diào)用的候選方法。

接下來，編譯器要確定方法調(diào)用中提供的參數(shù)類型。如果在所有名為 f 的方法中存在一個(gè)與所提供參數(shù)類型完全匹配的方法，就選擇這個(gè)方法。這個(gè)過程稱為 重載解析 (overloading resolution)。例如，對于調(diào)用 x.f("Hello")，編譯期將會(huì)挑選 f(String)，而不是 f(int)。由于允許類型轉(zhuǎn)換 (例如，int 可以轉(zhuǎn)換成 double)，所以情況可能會(huì)變得很復(fù)雜。如果編譯器沒有找到與參數(shù)類型匹配的方法，或者發(fā)現(xiàn)經(jīng)過類型轉(zhuǎn)換后有多個(gè)方法與之匹配，編譯器就會(huì)報(bào)錯(cuò)。至此，編譯器已經(jīng)知道需要調(diào)用的方法的名字和參數(shù)類型。

如果是 private 方法、static 方法、final 方法 (有關(guān) final 修飾符會(huì)在下面講到) 或者構(gòu)造器，那么編譯器將可以明確地知道應(yīng)該調(diào)用哪個(gè)方法。這稱為 靜態(tài)綁定 (static binding)。與此對應(yīng)的是，如果要調(diào)用的方法依賴于隱式參數(shù)的實(shí)際類型，那么必須在運(yùn)行時(shí) 動(dòng)態(tài)綁定。在我們的實(shí)例中，編譯器會(huì)利用動(dòng)態(tài)綁定生成一個(gè)調(diào)用 f(String) 的指令。

程序運(yùn)行并且采用動(dòng)態(tài)綁定調(diào)用方法時(shí)，虛擬機(jī)必須調(diào)用與 x 所引用對象的實(shí)際類型對應(yīng)的那個(gè)方法。假設(shè) x 的實(shí)際類型是 D，它是 C 類的子類。如果 D 類定義了方法 f(String)，就會(huì)調(diào)用這個(gè)方法；否則，將在 D 類的父類中尋找 f(String)，以此類推。

每次調(diào)用方法都要完成這樣的搜索，時(shí)間開銷相當(dāng)大。因此，虛擬機(jī)預(yù)先為每個(gè)類計(jì)算了一個(gè) 方法表 (method table)， 其中列出了所有方法的簽名和要調(diào)用的實(shí)際方法 (存著各個(gè)方法的實(shí)際入口地址)。這樣一來，在真正調(diào)用方法的時(shí)候，虛擬機(jī)僅查找這個(gè)表就行了。(以下是 Video-父類 和 Movie-子類 的方法表結(jié)構(gòu)演示圖)

例如我們調(diào)用上述例子 Movie 類的 play() 方法。

public?void?play()?{};

由于 play() 方法沒有參數(shù)，因此不必?fù)?dān)心 重載解析 的問題。又不是 private/ static/ final 方法，所以將采用 動(dòng)態(tài)綁定 的方式。

在運(yùn)行時(shí)，調(diào)用 object.play() 的解析過程為：

首先，虛擬機(jī)獲取 object 的實(shí)際類型的方法表。這可能是 Video、Movie 的方法表，也可能是 Video 類的其他子類的方法表；

接下來，虛擬機(jī)查找定義了 play() 簽名的類。此時(shí)，虛擬機(jī)已經(jīng)知道應(yīng)該調(diào)用哪個(gè)方法了；(這里如果 object 實(shí)際類型為 Movie 則調(diào)用 Movie.play()，為 Video 則調(diào)用 Video.play()，如果沒找到才往父類去找..)

最后，虛擬機(jī)調(diào)用這個(gè)方法。

動(dòng)態(tài)綁定有一個(gè)非常重要的特性：無須對現(xiàn)有的代碼進(jìn)行修改就可以對程序進(jìn)行擴(kuò)展。

假設(shè)現(xiàn)在新增一個(gè)類 ShortVideo，并且變量 object 有可能引用這個(gè)類的對象，我們不需要對包含調(diào)用 object.play() 的代碼重新進(jìn)行編譯。如果 object 恰好引用一個(gè) ShortVideo 類的對象，就會(huì)自動(dòng)地調(diào)用 object.play() 方法。

“

警告：在覆蓋一個(gè)方法時(shí)，子類的方法 不能低于 父類方法的 可見性 (public > protected > private)。特別是，如果父類方法是 public，子類方法必須也要聲明為 public。

final 關(guān)鍵字

有時(shí)候，我們可能希望組織人們利用某個(gè)類定義子類。不允許擴(kuò)展 (被繼承) 的類被稱為 final 類。如果在定義類的時(shí)候使用了 final 修飾符就表明這個(gè)類是 final 類了：

public?final?class?ShortVideo?extends?Video?{?...?}

類中的某個(gè)特定方法也可以被聲明為 final。如果這樣做，子類就不能覆蓋這個(gè)方法 (final 類中的所有方法自動(dòng)地稱為 final 方法)。例如：

public?class?Video?{
????...
????public?final?void?Stop()?{?...?}
????...
}

如果一個(gè) 字段 被聲明為了 final 類型，那么對于 final 字段來說，構(gòu)造對象之后就不允許改變它們的值了。不過，如果將一個(gè)類聲明為 final，只有其中的方法自動(dòng)地稱為 final，而不包括字段，這一點(diǎn)需要注意。

將方法或類聲明為 final 的主要原因是：確保它們不會(huì)在子類中改變語義。

JDK 中的例子

• Calendar 類 (JDK 實(shí)現(xiàn)的日歷類) 中的 getTime 和 setTime 方法都聲明為了 final，這就表明 Calendar 類的設(shè)計(jì)者負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn) Data 類與日歷狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，而不允許子類來添亂。
• 同樣的，String 類也是 final 類 (甚至面試中也經(jīng)常出現(xiàn))，這意味著不允許任何人定義 String 的子類，換而言之，如果有一個(gè) String 引用，它引用的一定是一個(gè) String 對象，而不可能是其他類的對象。

內(nèi)聯(lián)

在早起的 Java 中，有些程序員為了避免動(dòng)態(tài)綁定帶來的系統(tǒng)開銷而使用 final 關(guān)鍵字。如果一個(gè)方法沒有被覆蓋并且很短，編譯器就能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化處理，這個(gè)過程為 內(nèi)聯(lián) (inlining)。

例如，內(nèi)聯(lián)調(diào)用 e.getName() 會(huì)被替換為訪問字段 e.name。

這是一項(xiàng)很有意義的改進(jìn)，CPU 在處理當(dāng)前指令時(shí)，分支會(huì)擾亂預(yù)取指令的策略，所以，CPU 不喜歡分支。然而，如果 getName 在另外一個(gè)類中 被覆蓋，那么編譯器就無法知道覆蓋的代碼將會(huì)做什么操作，因此也就不能對它進(jìn)行內(nèi)聯(lián)處理了。

幸運(yùn)的是，虛擬機(jī)中的 即時(shí)編譯器 (JIT) 比傳統(tǒng)編譯器的處理能力強(qiáng)得多。這種編譯器可以準(zhǔn)確地知道類之間的繼承關(guān)系，并能夠檢測出是否有類確實(shí)覆蓋了給定的方法。

如果方法很短、被頻繁調(diào)用而且確實(shí)沒有被覆蓋，那么即時(shí)編譯器就會(huì)將這個(gè)方法進(jìn)行內(nèi)聯(lián)處理。如果虛擬機(jī)加載了另外一個(gè)子類，而這個(gè)子類覆蓋了一個(gè)內(nèi)聯(lián)方法，那么優(yōu)化器將取消對這個(gè)方法的內(nèi)聯(lián)。這個(gè)過程很慢，不過很少會(huì)發(fā)生這種情況。

抽象類

在類的自下而上的繼承層次結(jié)構(gòu)中，位于上層的類更具有一般性，也更加抽象。從某種角度看，祖先類更具有一般性，人們通常只是將它作為派生其他類的基類，而不是用來構(gòu)造你想使用的特定的實(shí)例。

考慮一個(gè) Person 類的繼承結(jié)構(gòu)：

每個(gè)人都有一些屬性，如名字。學(xué)生與員工都有名字。

現(xiàn)在，假設(shè)需要增加一個(gè) getDescription() 的方法，它返回對一個(gè)人簡短的描述，學(xué)生類可以返回：一個(gè)計(jì)算機(jī)在讀的學(xué)生，員工可以返回 一個(gè)在阿里就職的后端工程師 之類的。這在 Student 和 Employee 類中實(shí)現(xiàn)很容易，但是在 Person 類中應(yīng)該提供什么內(nèi)容呢？除了姓名，Person 類對這個(gè)人一無所知。

有一個(gè)更好的方法，就是使用 abstract 關(guān)鍵字，把該方法定義為一個(gè) 抽象方法，這意味著你并不需要實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法，只需要定義出來就好了：(以下代碼為 Person 類中的抽象定義)

public?abstract?String?getDescription()?{}

為了提高程序的清晰度，包含一個(gè)或多個(gè)抽象方法的類本身必須被聲明為抽象的：

public?abstract?class?Person?{
????...
????public?abstract?String?getDescription()?{}
????...
}
“

《阿里Java開發(fā)規(guī)范》強(qiáng)制規(guī)定抽象類命名 使用 Abstract 或 Base 開頭，這里只是做演示所以就簡單用 Person 代替啦~

抽象方法充當(dāng)著占位方法的角色，它們在子類中被繼承并實(shí)現(xiàn)。

擴(kuò)展抽象類可以由兩種選擇。一種是在子類中保留抽象類中的部分或所有抽象方法仍未實(shí)現(xiàn)，這樣就必須將子類標(biāo)記為抽象類 (因?yàn)檫€有抽象方法)；另一種做法就是實(shí)現(xiàn)全部方法，這樣一來，子類就不是抽象的了。

(即使不包含抽象方法，也可以將類聲明為抽象類)

抽象類不能實(shí)例化，也就是說，如果將一個(gè)類聲明為 abstract，就不能創(chuàng)建這個(gè)類的實(shí)例，例如：new Person(); 就是錯(cuò)誤的，但可以創(chuàng)建具體子類的對象：Person p = new Student(args);，這里的 p 是一個(gè)抽象類型 Person 的變量，它引用了一個(gè)非抽象子類 Student 的實(shí)例。

Part 4. 為什么不推薦使用繼承？

先別急著奇怪和憤懣，剛學(xué)習(xí)完繼承之后，就告訴說不推薦使用，這是 有原因的！

在面向?qū)ο缶幊讨?#xff0c;有一條非常經(jīng)典的設(shè)計(jì)原則：組合優(yōu)于繼承。使用繼承有什么問題？組合相比繼承有哪些優(yōu)勢？如何判斷該用組合還是繼承？下面我們就圍繞這三個(gè)問題，來詳細(xì)講解一下。

“

以下內(nèi)容大部分引用自：https://time.geekbang.org/column/article/169593

使用繼承有什么問題？

上面說到，繼承是面向?qū)ο蟮乃拇筇匦灾?#xff0c;用來表示類之間的 is-a 關(guān)系，可以解決代碼復(fù)用的問題。雖然繼承有諸多作用，但繼承層次過深、過復(fù)雜，也會(huì)影響到代碼的可維護(hù)性。我們通過一個(gè)例子來說明一下。

假設(shè)我們要設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于鳥的類，我們將 “鳥類” 這樣一個(gè)抽象的事物概念，定義為一個(gè)抽象類 AbstractBird。所有更細(xì)分的鳥，比如麻雀、鴿子、烏鴉等，都繼承這個(gè)抽象類。

我們知道，大部分鳥都會(huì)飛，那我們可不可以在 AbstractBird 抽象類中，定義一個(gè) fly() 方法呢？答案是否定的。盡管大部分鳥都會(huì)飛，但也有特例，比如鴕鳥就不會(huì)飛。鴕鳥繼承具有 fly() 方法的父類，那鴕鳥就具有“飛”這樣的行為，這顯然不符合我們對現(xiàn)實(shí)世界中事物的認(rèn)識。當(dāng)然，你可能會(huì)說，我在鴕鳥這個(gè)子類中重寫 (override) fly() 方法，讓它拋出 UnSupportedMethodException 異常不就可以了嗎？具體的代碼實(shí)現(xiàn)如下所示：

public?class?AbstractBird?{
??//...省略其他屬性和方法...
??public?void?fly()?{?//...?}
}

public?class?Ostrich?extends?AbstractBird?{?//鴕鳥
??//...省略其他屬性和方法...
??public?void?fly()?{
????throw?new?UnSupportedMethodException("I?can't?fly.'");
??}
}

這種設(shè)計(jì)思路雖然可以解決問題，但不夠優(yōu)美。因?yàn)槌锁r鳥之外，不會(huì)飛的鳥還有很多，比如企鵝。對于這些不會(huì)飛的鳥來說，我們都需要重寫 fly() 方法，拋出異常。

這樣的設(shè)計(jì)，一方面，徒增了編碼的工作量；另一方面，也違背了我們之后要講的最小知識原則 (Least Knowledge Principle，也叫最少知識原則或者迪米特法則)，暴露不該暴露的接口給外部，增加了類使用過程中被誤用的概率。

你可能又會(huì)說，那我們再通過 AbstractBird 類派生出兩個(gè)更加細(xì)分的抽象類：會(huì)飛的鳥類 AbstractFlyableBird 和不會(huì)飛的鳥類 AbstractUnFlyableBird，讓麻雀、烏鴉這些會(huì)飛的鳥都繼承 AbstractFlyableBird，讓鴕鳥、企鵝這些不會(huì)飛的鳥，都繼承 AbstractUnFlyableBird 類，不就可以了嗎？具體的繼承關(guān)系如下圖所示：

從圖中我們可以看出，繼承關(guān)系變成了三層。不過，整體上來講，目前的繼承關(guān)系還比較簡單，層次比較淺，也算是一種可以接受的設(shè)計(jì)思路。我們再繼續(xù)加點(diǎn)難度。在剛剛這個(gè)場景中，我們只關(guān)注“鳥會(huì)不會(huì)飛”，但如果我們關(guān)注更多的問題，例如 “鳥會(huì)不會(huì)叫”、”鳥會(huì)不會(huì)下單“ 等... 那這個(gè)時(shí)候，我們又該如何設(shè)計(jì)類之間的繼承關(guān)系呢？

總之，繼承最大的問題就在于：繼承層次過深、繼承關(guān)系過于復(fù)雜會(huì)影響到代碼的可讀性和可維護(hù)性。這也是為什么我們不推薦使用繼承。那剛剛例子中繼承存在的問題，我們又該如何來解決呢？

組合相比繼承有哪些優(yōu)勢？

實(shí)際上，我們可以利用組合 (composition)、接口、委托 (delegation) 三個(gè)技術(shù)手段，一塊兒來解決剛剛繼承存在的問題。

我們前面講到接口的時(shí)候說過，接口表示具有某種行為特性。針對“會(huì)飛”這樣一個(gè)行為特性，我們可以定義一個(gè) Flyable 接口 (相當(dāng)于定義某一種行為，下方會(huì)有代碼說明)，只讓會(huì)飛的鳥去實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口。對于會(huì)叫、會(huì)下蛋這些行為特性，我們可以類似地定義 Tweetable 接口、EggLayable 接口。我們將這個(gè)設(shè)計(jì)思路翻譯成 Java 代碼的話，就是下面這個(gè)樣子：

public?interface?Flyable?{
??void?fly();
}
public?interface?Tweetable?{
??void?tweet();
}
public?interface?EggLayable?{
??void?layEgg();
}
public?class?Ostrich?implements?Tweetable,?EggLayable?{//鴕鳥
??//...?省略其他屬性和方法...
??@Override
??public?void?tweet()?{?//...?}
??@Override
??public?void?layEgg()?{?//...?}
}
public?class?Sparrow?impelents?Flayable,?Tweetable,?EggLayable?{//麻雀
??//...?省略其他屬性和方法...
??@Override
??public?void?fly()?{?//...?}
??@Override
??public?void?tweet()?{?//...?}
??@Override
??public?void?layEgg()?{?//...?}
}

不過，我們知道，接口只聲明方法，不定義實(shí)現(xiàn)。也就是說，每個(gè)會(huì)下蛋的鳥都要實(shí)現(xiàn)一遍 layEgg() 方法，并且實(shí)現(xiàn)邏輯是一樣的，這就會(huì)導(dǎo)致代碼重復(fù)的問題。那這個(gè)問題又該如何解決呢？

我們可以針對三個(gè)接口再定義三個(gè)實(shí)現(xiàn)類，它們分別是：實(shí)現(xiàn)了 fly() 方法的 FlyAbility 類、實(shí)現(xiàn)了 tweet() 方法的 TweetAbility 類、實(shí)現(xiàn)了 layEgg() 方法的 EggLayAbility 類。然后，通過 組合和委托 技術(shù)來消除代碼重復(fù)。具體的代碼實(shí)現(xiàn)如下所示：

public?interface?Flyable?{
??void?fly()；
}public?class?FlyAbility?implements?Flyable?{
??@Override
??public?void?fly()?{?//...?}
}
//省略Tweetable/TweetAbility/EggLayable/EggLayAbility

public?class?Ostrich?implements?Tweetable,?EggLayable?{//鴕鳥
??private?TweetAbility?tweetAbility?=?new?TweetAbility();?//組合
??private?EggLayAbility?eggLayAbility?=?new?EggLayAbility();?//組合
??//...?省略其他屬性和方法...
??@Override
??public?void?tweet()?{
????tweetAbility.tweet();?//?委托
??}
??@Override
??public?void?layEgg()?{
????eggLayAbility.layEgg();?//?委托
??}
}

當(dāng)然啦，也可以使用 JDK 1.8 之后支持的接口默認(rèn)方法：

public?interface?Flyable?{
????default?void?fly()?{
????????//?fly的?的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)
????}
}

我們知道繼承主要有三個(gè)作用：表示 is-a 關(guān)系，支持多態(tài)特性，代碼復(fù)用。而這三個(gè)作用都可以通過其他技術(shù)手段來達(dá)成。比如：

• is-a 關(guān)系，我們可以通過組合和接口的 has-a 關(guān)系來替代；
• 多態(tài)特性我們可以利用接口來實(shí)現(xiàn)；
• 代碼復(fù)用我們可以通過組合和委托來實(shí)現(xiàn)；

所以，從理論上講，通過組合、接口、委托三個(gè)技術(shù)手段，我們完全可以替換掉繼承，在項(xiàng)目中不用或者少用繼承關(guān)系，特別是一些復(fù)雜的繼承關(guān)系。

如何判斷該用組合還是繼承？

盡管我們鼓勵(lì)多用組合少用繼承，但組合也并不是完美的，繼承也并非一無是處。從上面的例子來看，繼承改寫成組合意味著要做更細(xì)粒度的類的拆分。這也就意味著，我們要定義更多的類和接口。類和接口的增多也就或多或少地增加代碼的復(fù)雜程度和維護(hù)成本。所以，在實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)中，我們還是要根據(jù)具體的情況，來具體選擇該用繼承還是組合。

如果類之間的繼承結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 (不會(huì)輕易改變)，繼承層次比較淺 *(比如，最多有兩層繼承關(guān)系)，繼承關(guān)系不復(fù)雜，我們就可以大膽地使用繼承。反之，系統(tǒng)越不穩(wěn)定，繼承層次很深，繼承關(guān)系復(fù)雜，我們就盡量使用組合來替代繼承。

除此之外，還有一些 設(shè)計(jì)模式 會(huì)固定使用繼承或者組合。比如，裝飾者模式(decorator pattern)、策略模式(strategy pattern)、組合模式(composite pattern)等都使用了 組合關(guān)系，而 模板模式(template pattern)使用了 繼承關(guān)系。

前面我們講到繼承可以實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用。利用繼承特性，我們把相同的屬性和方法，抽取出來，定義到父類中。子類復(fù)用父類中的屬性和方法，達(dá)到代碼復(fù)用的目的。但是，有的時(shí)候，從業(yè)務(wù)含義上，A 類和 B 類并不一定具有繼承關(guān)系。比如，Crawler 類和 PageAnalyzer 類，它們都用到了 URL 拼接和分割的功能，但并不具有繼承關(guān)系 (既不是父子關(guān)系，也不是兄弟關(guān)系)。僅僅為了代碼復(fù)用，生硬地抽象出一個(gè)父類出來，會(huì)影響到代碼的可讀性。如果不熟悉背后設(shè)計(jì)思路的同事，發(fā)現(xiàn) Crawler 類和 PageAnalyzer 類繼承同一個(gè)父類，而父類中定義的卻只是 URL 相關(guān)的操作，會(huì)覺得這個(gè)代碼寫得莫名其妙，理解不了。這個(gè)時(shí)候，使用組合就更加合理、更加靈活。具體的代碼實(shí)現(xiàn)如下所示：

public?class?Url?{
??//...省略屬性和方法
}

public?class?Crawler?{
??private?Url?url;?//?組合
??public?Crawler()?{
????this.url?=?new?Url();
??}
??//...
}

public?class?PageAnalyzer?{
??private?Url?url;?//?組合
??public?PageAnalyzer()?{
????this.url?=?new?Url();
??}
??//..
}

還有一些特殊的場景要求我們必須使用繼承。如果你不能改變一個(gè)函數(shù)的入?yún)㈩愋?#xff0c;而入?yún)⒂址墙涌?#xff0c;為了支持多態(tài)，只能采用繼承來實(shí)現(xiàn)。比如下面這樣一段代碼，其中 FeignClient 是一個(gè)外部類，我們沒有權(quán)限去修改這部分代碼，但是我們希望能重寫這個(gè)類在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行的 encode() 函數(shù)。這個(gè)時(shí)候，我們只能采用繼承來實(shí)現(xiàn)了。

public?class?FeignClient?{?//?Feign?Client框架代碼
??//...省略其他代碼...
??public?void?encode(String?url)?{?//...?}
}

public?void?demofunction(FeignClient?feignClient)?{
??//...
??feignClient.encode(url);
??//...
}

public?class?CustomizedFeignClient?extends?FeignClient?{
??@Override
??public?void?encode(String?url)?{?//...重寫encode的實(shí)現(xiàn)...}
}

//?調(diào)用
FeignClient?client?=?new?CustomizedFeignClient();
demofunction(client);

盡管有些人說，要杜絕繼承，100% 用組合代替繼承，但是我的觀點(diǎn)沒那么極端！之所以 “多用組合少用繼承” 這個(gè)口號喊得這么響，只是因?yàn)?#xff0c;長期以來，我們過度使用繼承。還是那句話，組合并不完美，繼承也不是一無是處。只要我們控制好它們的副作用、發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，在不同的場合下，恰當(dāng)?shù)剡x擇使用繼承還是組合，這才是我們所追求的境界。

要點(diǎn)回顧

繼承概述 / 單繼承 / is-a 關(guān)系 / 類之間的關(guān)系 / 層級結(jié)構(gòu)；

繼承的實(shí)現(xiàn) / 覆蓋方法 / protedcted / 向上轉(zhuǎn)型；

Object 類 / 方法調(diào)用 / final / 內(nèi)聯(lián) / 為什么不推薦使用繼承；

練習(xí)

暫無；

參考資料

《Java 核心技術(shù) 卷 I》

《Java 編程思想》

《碼出高效 Java 開發(fā)手冊》

設(shè)計(jì)模式之美 - 為何說要多用組合少用繼承？如何決定該用組合還是繼承？- https://time.geekbang.org/column/article/169593

Introduction to Computer Science using Java -?http://programmedlessons.org/Java9/index.html#part02

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總結(jié)

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