Java - 复合模式优于继承

继承是实现代码重用的方法之一，但使用不当则会导致诸多问题。

继承会破坏封装性，对一个具体类进行跨包访问级别的继承很危险。
即，子类依赖父类的实现细节。
如果父类的实现细节发生变化，子类则可能遭到破坏。

举个例子，扩展HashSet，记录HashSet实例创建以来一共进行了多少次添加元素的操作。
HashSet有两个添加元素的方法——add(E e)和addAll(Collection<? extends E> c)。
那就覆盖这两个方法，在添加操作执行前记录次数：

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;
    }
}

测试一下，通过addAll方法添加3个元素：

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

结果是： wKioL1PLrWjBf_fsAADIJ3WV64w978.jpg

导致这种结果的原因很简单。
参考AbstractCollection中的add(E e)和addAll(Collection<? extends E> c)，
add(E e)中只有一段throw new UnsupportedOperationException();
而addAll(Collection<? extends E> c)的文档注释中有这么一段话：

* <p>Note that this implementation will throw an
* <tt>UnsupportedOperationException</tt> unless <tt>add</tt> is
* overridden (assuming the specified collection is non-empty).

解决这个问题的方法很简单，只需要去掉覆盖的addAll方法即可。
但这样却不能解决根本问题，即HashSet的addAll方法不保证在以后的发行版本中不发生变化。
即，子类实现依赖父类实现，父类发生变化时子类遭到破坏。
也许我们可以覆盖父类方法重新实现，虽然解决问题，但这样费力不讨好，毫无意义。

另外，父类增加或者移除方法也会对子类产生影响。
举个例子，子类扩展了某个集合类，覆盖了所有添加元素的方法，在添加元素之前对元素进行检查，让所有元素满足某个条件。
如果在后来的版本中，父类增加了新的添加元素的方法，而子类没有覆盖该方法，导致非法元素添加到集合中。

反之，也有可能出现这种情况。
即便父类的实现没有问题，但也可以因为子类实现不当而破坏父类的约束。
比如，父类恰好增加了和子类相同签名和返回类型的方法。

于是，为了应对这些情况，可以使用复合模式(composition)代替继承。
即，在一个forwarding class中增加一个private field引用现有类的实例，forwarding class中的方法对应现有类的方法。
代码如下：

import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

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();
    }
}

使用时直接继承forwarding class：

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;
    }
}

forwarding class通过Set接口提供了相应方法。
这种设计也有其灵活性，继承只能选择Set的某个特定实现，但使用复合我们可以选择任何接口实现。
比如：

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());
}

如何从继承和复合之间做出选择?
比较抽象的说法是，只有子类和父类确实存在"is-a"关系的时候使用继承，否则使用复合。
或者比较实际点的说法是，如果TypeB只需要TypeA的部分行为，则考虑使用复合。