继承与多态：面向对象编程的两大支柱
引言：为什么必须掌握继承与多态？
在Java开发中，继承与多态是构建可扩展、易维护系统的基石：
- 继承：实现代码复用，建立清晰的类层次结构
- 多态：提升代码灵活性，实现"编写一次，到处运行"
- 框架基础：Spring等框架大量使用多态实现依赖注入
一、extends关键字：构建类层次结构
1.1 继承的必要性
// 错误示范：重复代码
class Dog {void eat() { System.out.println("Dog eats"); }
}class Cat {void eat() { System.out.println("Cat eats"); }
}
继承优化后：
class Animal {void eat() { System.out.println("Animal eats"); }
}class Dog extends Animal {} // 自动继承eat方法
class Cat extends Animal {}
1.2 extends核心规则
语法结构：
class SubClass extends SuperClass {// 新增/重写方法
}
关键限制：
- Java仅支持单继承（可通过接口实现多继承）
- 子类构造函数必须调用父类构造函数（显式/隐式）
执行顺序：
class Parent {Parent() { System.out.println("Parent constructor"); }
}class Child extends Parent {Child() {super(); // 隐式调用System.out.println("Child constructor");}
}// 输出顺序：
// Parent constructor
// Child constructor
1.3 继承中的访问控制
| 修饰符 | 本类 | 同包 | 子类 | 其他包 |
|---|---|---|---|---|
| public | ✔️ | ✔️ | ✔️ | ✔️ |
| protected | ✔️ | ✔️ | ✔️ | ❌ |
| default | ✔️ | ✔️ | ❌ | ❌ |
| private | ✔️ | ❌ | ❌ | ❌ |
二、方法重写与@Override注解
2.1 方法重写的必要性
场景示例：
class Shape {void draw() {System.out.println("Drawing shape");}
}class Circle extends Shape {@Overridevoid draw() { // 实现具体图形绘制System.out.println("Drawing circle");}
}
核心价值：
- 保持接口一致性，实现多态
- 子类自定义实现细节
- 遵循开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）
2.2 重写规则验证
class Parent {protected Number calculate(int a) throws Exception {return a * 2;}
}class Child extends Parent {@Overridepublic Integer calculate(int a) { // 合法重写return a * 3;}
}
规则清单：
- 方法名、参数列表必须完全相同
- 返回类型兼容（协变返回类型）
- 访问权限不能更严格
- 抛出异常不能更广泛
2.3 @Override注解详解
三大作用：
- 编译器检查：确保方法正确重写
- 代码可读性：明确标识重写方法
- 维护保障：父类方法修改时及时报错
反例警示：
class Child extends Parent {// 误写为calcultae（拼写错误）void calcultae(int a) { ... } // 不会触发重写
}
三、动态绑定：多态的实现基石
3.1 动态绑定的必要性
经典案例：
Animal myPet = new Dog();
myPet.eat(); // 实际执行Dog的eat方法myPet = new Cat();
myPet.eat(); // 自动切换为Cat的eat方法
核心价值：
- 运行时决定方法实现
- 实现接口与实现分离
- 支持插件式架构设计
3.2 JVM实现原理
执行流程：
- 对象创建时确定实际类型（Dog/Cat）
- 方法调用通过虚方法表（VMT）查找
- 调用invokevirtual字节码指令
内存结构：
3.3 静态绑定对比
静态绑定场景：
- private/final/static方法
- 构造函数调用
- 对象强制类型转换
性能差异：
- 静态绑定：直接地址调用（更快）
- 动态绑定：需要查表（约10%性能损耗）
四、工程实践建议
-
组合优于继承：优先使用组合实现代码复用
class Vehicle {Engine engine = new Engine(); // 组合方式 } -
模板方法模式：
abstract class AbstractProcessor {final void process() {validate();execute();}abstract void execute();void validate() { /* 默认实现 */ } } -
Liskov替换原则：子类必须完全替代父类
-
避免方法过度重写：通过final关键字限制重写
总结
继承与多态是面向对象编程的核心机制，掌握extends关键字的正确使用、方法重写的规范以及动态绑定的底层原理，能够显著提升代码的可维护性和扩展性。在实际开发中，应合理设计类层次结构，善用多态特性，同时注意遵循设计原则避免滥用继承，最终构建出灵活、健壮的软件系统。