8.1 继承与可替换关系

前置知识：类、构造方法、封装和访问修饰符

预计时间：30 分钟

完成标志：能判断一个子类型是否可替换父类型，并能在继承与组合之间作出有依据的选择

你把相似代码复制了三次：修完 EmailChannel，却忘了同步 SmsChannel。重复代码的麻烦就是这样，它复制得很快，修复却从不自动组团。

继承能共享实现，但这不是使用继承的充分理由。更重要的问题是：调用方期待一个父类型时，子类型能否遵守同一行为契约。

1. extends 建立类的子类型关系

先把公共状态和操作放进基类。这里的发送器只向控制台打印演示信息，不连接邮件或短信服务：

import java.util.Objects;

class MessageSender {
    private final String message;

    MessageSender(String message) {
        this.message = Objects.requireNonNull(message, "message");
        if (message.isBlank()) {
            throw new IllegalArgumentException("blank message");
        }
    }

    protected final String message() {
        return message;
    }

    protected final void logMessage() {
        System.out.println("消息：" + message);
    }

    public void send() {
        logMessage();
    }
}

EmailSender 扩展它：

class EmailSender extends MessageSender {
    private final String recipient;

    EmailSender(String message, String recipient) {
        super(message);
        if (recipient == null || recipient.isBlank()) {
            throw new IllegalArgumentException("blank recipient");
        }
        this.recipient = recipient;
    }

    public String recipient() { return recipient; }

    @Override
    public void send() {
        logMessage();
        System.out.println("演示邮件接收方：" + recipient);
    }
}

子类对象包含父类声明的实例字段，也有自己的字段；但 private 成员本身不被子类继承，也不能由子类源码直接访问，因此基类通过 protected final 查询和操作暴露受控扩展点。直接公开 protected 可变字段会让所有子类依赖内部表示，降低封装性。

发送操作需要记录发生时间时，不要用对象创建时间代替发送时间。生产实现可在 send 时读取注入的 Clock，再交给日志组件；这样测试能使用固定时钟，业务代码也不依赖机器时区格式。

2. 构造方法不继承，但构造链必须完成

EmailSender 不会继承 MessageSender(String) 构造方法。创建子类时必须先完成父类部分的初始化：

1. 为整个新对象的字段设置默认值。
2. 执行父类构造链。
3. 执行当前类字段初始化器和初始化块。
4. 执行当前子类构造体中父类调用之后的部分。

Java 17 中显式 super(...) 必须是构造体第一条语句。若既没写 super(...)，也没用 this(...) 委托给本类其他构造方法，编译器尝试插入 super()；父类没有可访问无参构造时就会编译失败。

父类构造期间不要调用可被子类重写的方法。动态分派可能进入子类实现，而子类字段尚未初始化完成。

3. “is-a” 只是提问起点

常见口诀说继承表示 is-a，组合表示 has-a。但自然语言说得通不等于行为可替换。

判断 EmailSender extends MessageSender 是否合理，要检查父类型契约：

• 所有合法消息对子类仍合法吗？
• 子类会不会加强前置条件，让原本可发送的消息失败？
• 子类会不会削弱承诺，例如静默丢弃消息却报告成功？
• 父类型公开的不变量，子类是否始终保持？

这就是替换原则的实用版本：任何只依赖 MessageSender 契约的代码，接收 EmailSender 后仍应正确。

若只是想复用一个工具方法，而对象并不满足父类型契约，应使用组合或委托。

4. 组合表达“拥有并使用”

final class Dog {
    private final java.util.List<Toy> toys = new java.util.ArrayList<>();

    void addToy(Toy toy) {
        toys.add(java.util.Objects.requireNonNull(toy));
    }
}

final class Toy {}

Dog extends ArrayList<Toy> 会宣称狗可替代任意玩具列表，调用方甚至能执行 clear、sort 等与狗的业务契约无关的操作。组合只暴露 Dog 允许的行为，也能在以后更换内部集合。

优先组合不是禁止继承。框架扩展点、稳定的模板方法和确实存在的分类层次仍可使用继承，前提是父类为扩展而设计，并记录哪些方法可重写。

5. final 关闭不需要的扩展点

final class MessageId {
    // 该值类型不允许出现子类
}

class Sender {
    public final void validate() {
        // 子类不能替换这段不变量检查
    }
}

final class 不能被继承，final 实例方法不能被重写。不要默认让每个 public/protected 方法都成为永久扩展协议；关闭不需要的扩展点能减少未来兼容负担。

专业速查

决策	检查问题
使用继承	子类能否完整遵守父类型契约
使用组合	只是拥有、调用或复用另一个对象
protected 成员	是否是稳定且有文档的扩展点
构造链	父类是否有匹配且可访问的构造
final	是否确实需要外部重写或扩展

离开这一页前

先写出 MessageSender 对合法输入、成功和失败的承诺，再逐条检查 EmailSender 是否会加强前置条件或削弱结果。若只是想复用格式化器，把它改成组合并比较公开 API。构造链还要实际验证父类无可访问无参构造时，子类构造链必须最终显式调用匹配的 super(...)。

→ 下一步：多态与动态分派

规范入口：JLS §8.1.4：类的直接父类与子类型。