Java高效编程（18）：优先使用组合而非继承

继承是一种实现代码重用的强大方式，但并不总是解决问题的最佳工具。只有当子类和父类之间存在真正的“是一个”关系时，继承才是合适的。例如，猫是动物，所以Cat类可以继承Animal类。不当使用继承会导致脆弱的软件设计。在包内使用继承是安全的，因为子类和父类的实现都由相同的程序员控制。当扩展那些为继承而专门设计并有文档说明的类时（第19条），使用继承也是安全的。然而，在跨包边界继承普通的具体类则很危险。请记住，本书中所说的“继承”是指实现继承（即一个类扩展另一个类）。接口继承（即类实现接口或一个接口扩展另一个接口）通常没有这些问题，因为接口继承只涉及方法的签名，而不涉及具体的实现细节。

与方法调用不同，继承违反了封装原则[Snyder86]。换句话说，子类为了正确地工作，依赖于父类的实现细节。父类的实现可能会在不同版本中发生变化，如果发生变化，子类可能会失效，即使子类的代码未作任何修改。因此，除非父类的作者专门设计并记录了它可以被扩展，否则子类必须与父类同步演进。这种依赖父类实现细节的方式增加了维护难度，也使得代码更加脆弱。

为了解释这一点，我们假设有一个程序使用了HashSet。为了优化性能，我们需要查询HashSet在创建后添加了多少元素（不是当前大小，因为移除元素后大小会减小）。为此，我们编写了一个HashSet的变体，它记录尝试插入元素的次数，并提供一个访问器来获取此计数。HashSet类包含两个可以添加元素的方法：add和addAll，因此我们需要覆盖这两个方法：

// 错误的做法 - 不恰当的使用继承！
public class InstrumentedHashSet<E> extends HashSet<E> {
   
    // 尝试插入的元素数量
    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;
    }
}

这个类看起来似乎合理，但实际上并不起作用。假设我们创建一个实例并使用addAll方法添加三个元素。注意，我们使用了Java 9引入的静态工厂方法List.of创建列表；如果您使用的是更早的版本，可以使用Arrays.asList替代：

InstrumentedHashSet<String> s = new InstrumentedHashSet<>();
s