Java设计模式（4：里氏替换原则和合成复用原则详解

一、里氏替换原则

如果说实现开闭原则的关键步骤就是抽象化，那么基类（父类）和子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏替换原则就是对实现抽象化的具体步骤的规范。即：子类可以扩展基类（父类）的功能，但不能改变父类原有的功能。

定义：一个软件实体如果适用一个父类的话，那一定是适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象，子类对象能够替换父类对象，而程序逻辑不变。

里氏替换原则最核心得一句话就是：子类可以扩展基类（父类）的功能，但不能改变父类原有的功能。它包含着四种含义：

1. 子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。
2. 子类可以增持自己特有的方法。
3. 当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即：方法的参数）要比父类方法的输入参数更为宽松。
4. 当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载/实现抽象方法），方法的后置条件（即：返回值）要比父类更为更为严格或者相等。

我们先来做一个简单的计算器的功能，创建一个类SumA，实现一个两数相减的功能reduce()：

public class SumA {
    // 相减
    public int reduce(int a,int b){
        return a - b;
    }
}

再来创建一个类SumB，增加一个两数相加的功能，并且SumB是SumA的子类：

public class SumB extends SumA {
    // 相加
    public int reduce(int a,int b){
        return a + b;
    }
}

测试一下：

public static void main(String[] args) {
    SumB sumB = new SumB();
    System.out.println("5 - 4 = "+sumB.reduce(5,4));
}

结果：

这么看起来结果没有错，那么根据里氏替换原则的定义：一个软件实体如果适用一个父类的话，那一定是适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象，子类对象能够替换父类对象，而程序逻辑不变。

我们来将对象换成SumA的子类SumB的对象再来测试一下：

public static void main(String[] args) {
    SumA sumA = new SumB();
    System.out.println("5 - 4 = "+sumA.reduce(5,4));
}

结果：

可以看见结果发生了很大的变化，通过仔细查看代码我们发现SumA的两数相减方法reduce()和SumB的两数相加方法reduce()名字相同。这么来就可以说SumB重写了SumA中的非抽象方法reduce()，并改变了reduce()方法的行为，使程序发生了很大的漏洞。所以我们来将SumB类进行改造：

public class SumB extends SumA {
    // 相加
    public int add(int a,int b){
        return a + b;
    }
}

在SumB类中增加一个add()方法，这样一来SumB作为子类，既可以调用自己类中的add()方法，也可以调用父类SumA中的reduce()方法。我们再来测试一下：

public static void main(String[] args) {
    SumB sumB = new SumB();
    System.out.println("5 - 4 = "+sumB.reduce(5,4));
    System.out.println("5 + 4 = "+sumB.add(5,4));
}

当然也有人说，如果非要重写父类的方法该怎么办？我这边建议两个方法：

1. 将现有的继承关系去掉，让SumA和SumB类都实现同一个接口Sum类，然后再重写Sum类中的reduce()方法。
2. 让SumA和SumB都继承一个比较通俗的基类（父类），将现有的继承关系去掉，采用依赖、聚合，组合等关系代替。

二、合成复用原则

尽量使用对象组合/聚合，而不是使用继承达到软件复用的目的。可以使系统更加的灵活，降低类与类之间的耦合度，一个类的变化对于其他类来说影响相对较少。

继承我们称之为白箱复用，相当于把实现的细节暴露给子类，组合/聚合 也成为黑箱复用，对类之外的对象是无法获取到实现细节的。

合成复用原则的核心是：复用时要尽量使用组合/聚合关系（关联关系），少用继承。

我们先来看一个数据库连接的例子：

// 数据库连接
public class DBConnection {

    //MySQL数据连接
    public String getConnection(){
        return "MySQL数据库连接......";
    }
}

// 产品类 dao
public class ProductDAO {

    private DBConnection dbConnection;

    public void setDbConnection(DBConnection dbConnection) {
        this.dbConnection = dbConnection;
    }

    public void addProduct(){
        String connection = dbConnection.getConnection();
        System.out.println("使用【"+connection+"】增加产品");
    }
}

DBConnection是一个提供数据库连接的类，目前只支持MySQL数据库连接的方法。某一天，客户要求增加一个Oracle数据库连接的产品，那我们先在DBConnection增加一个getOracleConnection()的方法，再去修改ProductDAO类中的代码？这里且不说已经违反了开闭原则，就是各种代码的复制粘贴也让人心烦的，完全不够简洁、优雅。

我们不用去修改ProductDAO类中的代码，只需要将DBConnection类的代码改动一下：

// 数据库连接
public abstract class DBConnection {

    //数据库连接方法
    public abstract String getConnection();
}

如上面的代码，将DBConnection类改为抽象类，将getConnection()方法改为抽象方法。这样一来，如果我们需要MySQL数据库连接，就增加一个MySQLConnection类来继承DBConnection类：

public class MySQLConnection extends DBConnection {

    @Override
    public String getConnection() {
        return "MySQL数据库连接......";
    }
}

如果我们需要Oracle数据库连接，就增加一个OracleConnection类来继承DBConnection类：

public class OracleConnection extends DBConnection {

    @Override
    public String getConnection() {
        return "Oracle数据库连接......";
    }
}

最后在调用ProductDAO类中的addProduct()方法前，我们只需要调用setDbConnection()方法并传入我们所需要的DBConnection类的子类的对象就可以了。

类图：

最后

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设计模式中的七大原则已经讲完了，共有四篇博客，感兴趣的朋友可以去我的博客空间看看。

从下一篇博客开始，我将开始讲解一下Java中常见的以及我们经常用到的一些设计模式，包括工厂模式、代理模式、单例......如果有兴趣的朋友可以继续关注我，让我们一同进步，谢谢！