Java类继承机制详解：5个技巧教你合理利用继承

# 1. Java类继承基础

Java作为一种面向对象的编程语言，类继承是其核心特性之一。继承允许开发者定义一个类来继承另一个类的字段和方法，从而实现代码重用和多态性。理解继承的概念和基本用法对于设计和实现有效的Java应用程序至关重要。本章将介绍继承的基础知识，包括继承的定义、关键字`extends`的作用以及如何在Java中实现类的继承。随后的章节会深入探讨继承的高级技巧和最佳实践，以及它在现代Java开发中的应用和挑战。

# 2. 掌握Java类继承的五个技巧

## 技巧一：合理使用继承与组合

### 继承与组合的区别

在面向对象编程中，继承（Inheritance）和组合（Composition）是两种不同的代码复用方式。继承表示“是一个”（is-a）的关系，通常用于实现类之间的层次结构和类型关系。而组合表示“有一个”（has-a）的关系，是一种更灵活的设计原则，它倾向于“对象组合优于类继承”。

继承是基于类的扩展，它允许子类继承父类的属性和方法，并且可以扩展或者重写父类的行为。而组合则是在类的内部持有一个或多个对象的引用，通过这些对象的接口来实现所需的功能。

继承和组合都有其适用场景，继承主要用于需要多态和类型层级结构的场合，而组合则用于实现更加灵活的系统设计。

### 如何根据需求选择继承还是组合

在面对编程决策时，合理选择继承或组合需要考虑以下几个因素：

1. **继承** 应该在以下情况下考虑：
- 当你需要表示一个类是另一个类的特化版本时，例如 `Cat` 是 `Animal` 的特化。
- 你需要复用父类的代码，且扩展其功能。
- 你希望利用多态性，即在运行时确定对象的具体类型。

2. **组合** 应该在以下情况下考虑：
- 当你需要更灵活的设计，可以动态改变对象的行为。
- 当类之间的关系更倾向于“包含”而非“属于”时。
- 当你想要避免硬编码的依赖关系，允许更松散的耦合。

以下是一个简单的Java示例，展示如何根据需求选择继承或组合：

// 继承示例
class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Animal is eating");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public void meow() {
        System.out.println("Cat is meowing");
    }
}

// 组合示例
class Engine {
    public void start() {
        System.out.println("Engine is starting");
    }
}

class Car {
    private Engine engine;

    public Car(Engine engine) {
        this.engine = engine;
    }

    public void startCar() {
        engine.start();
        System.out.println("Car is starting");
    }
}

在继承的示例中，`Cat` 类继承自 `Animal` 类，并添加了一个 `meow` 方法。在组合的示例中，`Car` 类持有一个 `Engine` 对象的引用，并通过 `startCar` 方法使用 `Engine` 的行为。

选择继承还是组合，应当根据具体的设计意图和项目需求来定。如果对灵活性和低耦合度有更高要求，则倾向于使用组合；如果需要清晰的类型层级结构和多态特性，则继承可能是更好的选择。

## 技巧二：重写方法与访问修饰符

### 重写的条件和规则

在Java中，子类可以重写（Override）从父类继承来的方法，提供一个与父类方法不同的实现。要正确地重写一个方法，需要遵守以下条件和规则：

1. 方法签名必须相同，包括方法名称、参数列表和返回类型。
2. 访问修饰符可以改变，但子类方法的访问级别不能比父类方法的访问级别更严格。例如，父类中的方法声明为 `protected`，子类方法不能声明为 `private`。
3. 子类方法可以抛出父类方法声明的异常，或者是父类方法异常的子类型。
4. 如果父类方法声明为 `final`、`static` 或 `private`，则不能被子类重写。

重写方法通常用于以下目的：

- 实现父类方法的行为在子类中有所不同。
- 提供更具体的行为，以适应子类的特定需求。
- 覆盖父类中不适用或不适当的默认行为。

下面是一个重写方法的示例：

class Vehicle {
    protected void move() {
        System.out.println("Vehicle is moving");
    }
}

class Car extends Vehicle {
    @Override
    protected void move() {
        System.out.println("Car is driving");
    }
}

在这个例子中，`Car` 类重写了 `Vehicle` 类中的 `move` 方法，提供了不同的实现。

### 访问修饰符的选择对继承的影响

在重写方法时，选择合适的访问修饰符对继承的影响很大。正确的访问修饰符可以保证子类的灵活性，同时保护父类的封装性。以下是一些推荐的实践：

- 尽量使用子类可用的最严格访问级别。例如，如果你的子类方法在逻辑上是 `public` 的，但仍然可以使用 `protected` 或 `default` 访问级别，那么应该优先考虑后者。
- 如果父类的方法是 `protected` 的，那么子类重写该方法时，可以使用 `protected` 或 `public`，但最好不要用 `private`，因为这将导致子类的方法不再是父类方法的重写，而是变成了一个新的方法。
- 避免将重写的方法声明为 `private`，因为这将违反重写的规则，除非你确实需要隐藏父类的方法。

访问修饰符的选择影响着类的可用性和子类对父类行为的覆盖能力，因此在实际开发中要小心选择。

## 技巧三：理解super和this关键字

### super关键字的使用场景

`super` 关键字在Java中用于引用父类的变量和方法。它在继承中起着重要的作用，特别是在重写方法和调用父类构造器时。以下是一些 `super` 关键字的常见使用场景：

1. **调用父类方法**：当子类重写父类的方法后，如果需要在子类的方法中调用被重写的父类方法，可以使用 `super.方法名()`。

class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Animal is eating");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Dog is eating");
    }

    public void bark() {
        super.eat(); // 调用父类的eat方法
        System.out.println("Dog is barking");
    }
}

在这个例子中，`Dog` 类的 `eat` 方法重写了 `Animal` 类的 `eat` 方法，但通过 `super.eat()` 仍然可以调用父类的版本。

2. **调用父类构造器**：在子类构造器中，可以使用 `super()` 调用父类的构造器。如果父类中没有无参构造器，则必须在子类构造器中显式调用父类的有参构造器。

class Animal {
    Animal() {
        System.out.println("Animal constructor");
    }
}

class Dog extends Animal {
    Dog() {
        super(); // 显式调用父类构造器
        System.out.println("Dog constructor");
    }
}

在这个例子中，`Dog` 类构造器通过 `super()` 调用了 `Animal` 类的构造器。

### this关键字在继承中的应用

`this` 关键字在Java中用于引用当前对象的实例，它常用于区分实例变量和局部变量。在继承中，`this` 关键字也有一些特殊的应用场景：

1. **引用当前对象的实例变量**：当局部变量和实例变量同名时，可以使用 `this.变量名` 来引用实例变量。

class Person {
    String name;

    public void setName(String name) {
        this.name = name; // 区分实例变量和参数变量
    }
}

2. **调用当前类的其他构造器**：在构造器中，可以通过 `this(参数列表)` 来调用当前类的其他构造器。

class Person {
    String name;
    int age;

    Person() {
        this("unknown", 0); // 调用其他构造器
    }

    Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

在这个例子中，无参构造器通过 `this` 关键字调用了带有参数的构造器。

`this` 和 `super` 关键字都是Java编程中常用的关键字，它们在继承关系中扮演着重要的角色，有助于提高代码的可读性和可维护性。

## 技巧四：构造方法与继承

### 构造方法在继承中的特殊性

在Java中，构造方法用于初始化对象的状态，构造方法不是继承的成员，它不能被子类继承。但是，构造方法在继承中起着特殊的作用，主要体现在以下几个方面：

1. **调用父类构造方法**：子类的构造方法可以使用 `super(参数列表)` 调用父类的构造方法。如果子类构造器没有显式调用父类的构造器，则Java编译器会隐式地在子类构造器的首行插入对父类无参构造器的调用（即 `super()`）。

2. **构造方法与继承顺序**：在创建子类对象时，会先调用父类的构造方法，然后再调用子类的构造方法。这意味着对象的创建顺序是从父类开始到子类结束。

3. **构造方法与多层继承**：如果一个类有一个父类，该父类还有一个父类，那么创建最深层子类对象时，将依次调用所有父类的构造方法，直到最顶层的父类。

### 如何正确使用构造方法进行继承

在使用构造方法进行继承时，需要遵循以下规则：

1. **显式调用父类构造器**：当父类没有无参构造器，或者需要使用父类的某个特定构造器时，需要在子类的构造器中使用 `super(参数列表)` 显式调用父类的构造器。

2. **初始化子类成员**：在调用 `super()` 或 `super(参数列表)` 之后，可以初始化子类特有的成员变量和其他操作。

3. **避免循环调用**：在构造方法中应避免循环调用父类构造器（例如在父类构造器中调用子类构造器），这将导致 `StackOverflowError`。

4. **链式调用构造方法**：使用 `this(参数列表)` 调用本类的其他构造器，来避免代码重复。

下面是一个正确使用构造方法进行继承的示例：

class Animal {
    Animal() {
        System.out.println("Animal constructor");
    }
}

class Dog extends Animal {
    Dog()