边城愚人

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        在匆忙之际理清消除实现继承和面向接口编程这样两个大问题可不是一件容易的事情,尤其考虑到自身的认识水平。坦白的说,这又是一篇“炒冷饭”的文章,但这“冷饭”又确实不好炒。因此,在阅读了这篇文章之后,你可要批判地接受(拒绝)我的观点,尽管我的观点也是来自于别人的观点。

        继承是面向对象中很重要的概念。如果考虑到Java语言特性,继承分为两种:接口继承和实现继承。这只是技术层面的问题,即便C++中不存在接口的概念,但它的虚基类实际上也相当于接口。对于OO的初学者来说,他们很希望自己的程序中出现大量的继承,因为这样看起来很OO。但滥用继承会带来很多问题,尽管有时候我们又不得不使用继承解决问题。

        相比于接口继承,实现继承的问题要更多,它会带来更多的耦合问题。但接口继承也是有问题的,这是继承本身的问题。实现继承的很多问题出于其自身实现上,因此这里重点讨论实现继承的问题。

        举个例子(这个例子实在太老套了)。我要实现一个Stack类,我想当然地选择Stack类继承于ArrayList类(你也可以认为我很想OO些或者出于本性的懒惰);现在又有了新的需求,需要实现一个线程安全的Stack,我又定义了一个ConcurrentStack类继承于Stack并覆盖了Stack中的部分代码。

        因为Stack继承于ArrayListStack不得不对外暴露出ArrayList所有的public方法,即便其中的某些方法对它可能是不需要的;甚至更糟的是,可能其中的某些方法能改变Stack的状态,而Stack对这些改变并不知情,这就会造成Stack的逻辑错误。

        如果我要在ArrayList中添加新的方法,这个方法就有可能在逻辑上破坏它的派生类StackConcurrentStack。因此在基类(父类)添加方法(修改代码)时,必须检查这些修改是否会对派生类产生影响;如果产生影响的话,就不得不对派生类做进一步的修改。如果类的继承体系不是一个人完成的,或者是修改别人的代码的情况下,很可能因为继承产生难以觉察的BUG

        问题还是有的。我们有时会见到这样的基类,它的一些方法只是抛出异常,这意味着如果派生类支持这个方法就重写它,否则就如父类一样抛出异常表明其不支持这个方法的调用。我们也能见到它的一个变种,父类的方法是抽象的,但不是所有的子类都支持这个方法,不支持的方法就以抛出异常的方式表明立场。这种做法是很不友好和很不安全的,它们只能在运行时被“侥幸捕捉”,而很多漏网的异常方法可能会在某一天突然出现,让人不知所措。


        引起上面问题的很重要的原因便是基类和派生类之间的耦合。往往只是对基类做了小小的改动,却不得不重构它们的所有的派生类,这就是臭名昭著的“脆弱的基类”问题。由于类之间的关系是存在的,因此耦合是不可避免的甚至是必要的。但在做OO设计时,当遇到如基类和派生类之间的强耦合关系,我们就要思量思量,是否一定需要继承呢?是否会有其他的更优雅的替代方案呢?如果一定要学究的话,你会在很多书中会看到这样的原则:如果两个类之间是ISA关系,那么就使用继承;如果两个类之间是HasA的关系,那么就使用委派。很多时候这条原则是适用的,但ISA并不能做为使用继承的绝对理由。有时为了消除耦合带来的问题,使用委派等方法会更好地封装实现细节。继承有时会对外及向下暴露太多的信息,在GOF的设计模式中,有很多模式的目的就是为了消除继承。

        关于何时采用继承,一个重要的原则是确定方法是否能够共享。比如DAO ,可以将通用的CRUD 方法定在一个抽象DAO 中,具体的DAO 都派生自这个抽象类。严格的说,抽象DAO 和派生的DAO 实现并不具有IS A 关系,我们只是为了避免重复的方法定义和实现而作出了这一技术上的选择。可以说,使用接口还是抽象类的原则是,如果多个派生类的方法内容没有共同的地方,就用接口作为抽象;如果 多个派生类 的方法含有共同的地方,就用抽象类作为抽象。当这一原则不适用于接口继承,如果出现接口继承,就会相应地有实现继承(基类更多的是抽象类)。

        现在说说面向接口编程。在众多的敏捷方法中,面向接口编程总是被大师们反复的强调。面向接口编程,实际上是面向抽象编程,将抽象概念和具体实现相隔离。这一原则使得我们拥有了更高层次的抽象模型,在面对不断变更的需求时,只要抽象模型做的好,修改代码就要容易的多。但面向接口编程不意味着非得一个接口对应一个类,过多的不必要的接口也可能带来更多的工作量和维护上的困难。

        相比于继承,OO中多态的概念要更重要。一个接口可以对应多个实现类,对于声明为接口类型的方法参数、类的字段,它们要比实现类更易于扩展、稳定,这也是多态的优点。假如我以实现类作为方法参数定义了一个方法void doSomething(ArrayList list)但如果领导哪天觉得 ArrayList不如LinkedList更好用,我将不得不将方法重构为void doSomething(LinkedList list),相应地要在所有调用此方法的地方修改参数类型(很遗憾地,我连对象创建也是采用ArrayList list = new ArrayList()方式,这将大大增加我的修改工作量)。如果领导又觉得用list存储数据不如set好的话,我将再一次重构方法,但这一次我变聪明了,我将方法定义为void doSomething(Set set)创建对象的方式改为Set set = new HashSet()。但这样仍不够,如果领导又要求将set改回list怎么办?所以我应该将方法重构为void doSomething(Collection collection)Collection的抽象程度最高,更易于替换具体的实现类。即便需要List或者Set固有的特性,我也可以做向下类型转换解决问题,尽管这样做并不安全。

        面向接口编程最重要的价值在于隐藏实现,将抽象的实现细节封装起来而不对外开放,封装这对于Java EE 中的分层设计和框架设计尤其重要。但即便在编程时使用了接口,我们也需要将接口和实现对应起来,这就引出如何创建对象的问题。在创建型设计模式中,单例、工厂方法(模板方法)、抽象工厂等模式都是很好的解决办法。现在流行的控制反转(也叫依赖注入)模式是以声明的方式将抽象与实现连接起来,这既减少了单调的工厂类也更易于单元测试。

        做个总结吧。尽管我竭力批驳继承的不好鼓吹接口的好,但这并不是绝对的。滥用继承、滥用接口都会带来问题。做Java EE开发的很多朋友抱怨DAOService中一个接口一个类的实现方式,尽管它们似乎看起来已成为业界的最佳实践之一。也许排除掉接口会使程序更“瘦”一些,但“瘦”并一定就“好”,需要根据项目的具体情况而定。关于继承和接口的最佳实践,各位看官还是需要自身的经验积累和总结了。

posted on 2007-09-03 10:08 kafka0102 阅读(2693) 评论(5)  编辑  收藏 所属分类: OO

评论

# re: 消除实现继承和面向接口编程 2007-09-03 11:19 dennis
传统的OO教育中一直很强调继承、多态,其实OO中最重要的是封装的概念,封装不仅仅是数据的封装(最初级的封装),如果将封装推广,抽象类或者说基类是对派生类的封装(或者说隐藏),组合也是一种封装,Adapter、state、Facade等模式更是封装,在多线程编程中,封装更是异常重要。  回复  更多评论
  

# re: 消除实现继承和面向接口编程 2007-09-03 21:35 Matthew Chen
个人也觉得oo中会出现一些问题,这些问题随着技术和思想的进步日渐凸现.

但就本文的观点,其实谈不上是oo的封装和继承带来的,很多往往是我们设计人员的疏忽.

比如第一个stack的例子,ArrayList是明显的jfc,继承自它是完全没有必要的,除非你的类在抽象空间中能够真正代表ArrayList类的一个特殊子类集合,面向对象优先考虑抽象空间的完美而不是效率和实现空间的简便,这是规则,也是出于ood的要求,在这个实例中,明显应该用聚合而不是继承.

抛出异常的问题,对不支持的方法抛出异常过于拙劣了,完全可以在继承树的层次上加上抽象类,很好地分叉,而不是依赖有限的异常处理机制,异常处理在面向对象构架中算得上相当游离的一个功能了,尽管看似也有类的继承关系,但独立的捕获和处理,并不适合作为业务逻辑的相关环节实现.

oo的问题个人觉得很多在继承层次的复杂性,jfc库继承层次过多,导致无法查知当前方法的具体调用栈位置——也就是具体方法的实现方式往往被复杂和繁冗的继承和封装掩盖,让人摸不找头脑,不知道过程逻辑究竟在何处实现,也就无法最大限度地学习已有的类库(当然,只是学习和修改,因为使用是不需要知道了,毕竟封装就是为了屏蔽实现细节。)  回复  更多评论
  

# re: 消除实现继承和面向接口编程 2007-09-03 22:17 kafka0102
@Matthew Chen
是的,对于繁杂的对象模型,如果继承层次太多就会很难把握具体的调用,也更难于修改。对于我举的例子,也许并不漂亮,这里只是为了说明一下问题。实际上,我看到很多代码有在基类抛出异常或子类抛出异常的情况,因为作者希望抽象出的公共操作只是对其某个或某几个子类不适用,而作者因为实际需求又希望将方法作为公共方法。  回复  更多评论
  

# re: 消除实现继承和面向接口编程 2007-09-08 10:56 InPractice
我就很反感一个接口一个实现的方式。当然这是以我的项目经验为前提的(不排除目光偏狭的可能性)。
这种预留的扩展余地,即将来可以加入其他的实现。在我的项目中事实上成为了“过度工程”的例子。因为到现在为止还是一个接口一个实现。倒是每次读代码是多了一个间接级别,麻烦了很多,效率降低。有人可能争辩说,代码读起来麻烦点没有关系,设计上还是优美的。我不同意这种观点,现实中的代码读的次数远远超过写的次数,读代码效率降低的影响不是一个所谓的优美的(在我看是华而不实)设计可以弥补的。
在我看来,一个接口一个实现, 恰恰是当前流行的反模式。尽管可能在某些情况下有其合理性,但多数是对“面向接口编程”的滥用。  回复  更多评论
  

# re: 消除实现继承和面向接口编程 2008-01-26 22:40 nabie
继承还是应该以 IS-A 为原则。楼主的例子要实现一个 Stack 却用 ArrayList 作为基类就明显是一个滥用 OO 特性的例子,因为 Stack 并非是一种 ArrayList。正因为如此,才会有“可能其中的某些方法能改变Stack的状态,而Stack对这些改变并不知情”的情况。并非使用了继承就是 OO,程序语音中的继承只是为了支持 OO 的继承概念而提供的。但如果你在使用语音的继承特性时并不按照 OO 的概念来使用,则即使你整个程序都布满了各种 OO 特有的东西,你的程序也不是一个 OO 的程序。类的体系应该是合乎分类的逻辑的。如计算机包括个人电脑、服务器和大型机等,所以个人电脑、服务器和大型机等是个人电脑的子类,而个人电脑有分为台式机和笔记本,所以台式机和笔记本是个人电脑的子类,但他们并非是大型机,所以不是大型机的子类。你不能因为现在已经有大型机这个类,而台式机、笔记本和大型机一样都能计算,所以把它们作为大型机的子类,这样一些对大型机的操作当然不能运用在台式机和笔记本上。而你可以使他们并列,而提取出计算功能形成一个叫计算机的父类里,然后台式机、笔记本和大型机都是计算机的子类。  回复  更多评论
  


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