引言：為什么必須掌握繼承與多態？
在Java開發中，繼承與多態是構建可擴展、易維護系統的基石：
- 繼承：實現代碼復用，建立清晰的類層次結構
- 多態：提升代碼靈活性，實現"編寫一次，到處運行"
- 框架基礎：Spring等框架大量使用多態實現依賴注入
一、extends關鍵字：構建類層次結構
1.1 繼承的必要性
// 錯誤示范：重復代碼
class Dog {void eat() { System.out.println("Dog eats"); }
}class Cat {void eat() { System.out.println("Cat eats"); }
}
繼承優化后：
class Animal {void eat() { System.out.println("Animal eats"); }
}class Dog extends Animal {} // 自動繼承eat方法
class Cat extends Animal {}
1.2 extends核心規則
語法結構：
class SubClass extends SuperClass {// 新增/重寫方法
}
關鍵限制：
- Java僅支持單繼承（可通過接口實現多繼承）
- 子類構造函數必須調用父類構造函數（顯式/隱式）
執行順序：
class Parent {Parent() { System.out.println("Parent constructor"); }
}class Child extends Parent {Child() {super(); // 隱式調用System.out.println("Child constructor");}
}// 輸出順序：
// Parent constructor
// Child constructor
1.3 繼承中的訪問控制
| 修飾符 | 本類 | 同包 | 子類 | 其他包 |
|---|---|---|---|---|
| public | ?? | ?? | ?? | ?? |
| protected | ?? | ?? | ?? | ? |
| default | ?? | ?? | ? | ? |
| private | ?? | ? | ? | ? |
二、方法重寫與@Override注解
2.1 方法重寫的必要性
場景示例：
class Shape {void draw() {System.out.println("Drawing shape");}
}class Circle extends Shape {@Overridevoid draw() { // 實現具體圖形繪制System.out.println("Drawing circle");}
}
核心價值：
- 保持接口一致性，實現多態
- 子類自定義實現細節
- 遵循開閉原則（對擴展開放，對修改關閉）
2.2 重寫規則驗證
class Parent {protected Number calculate(int a) throws Exception {return a * 2;}
}class Child extends Parent {@Overridepublic Integer calculate(int a) { // 合法重寫return a * 3;}
}
規則清單：
- 方法名、參數列表必須完全相同
- 返回類型兼容（協變返回類型）
- 訪問權限不能更嚴格
- 拋出異常不能更廣泛
2.3 @Override注解詳解
三大作用：
- 編譯器檢查：確保方法正確重寫
- 代碼可讀性：明確標識重寫方法
- 維護保障：父類方法修改時及時報錯
反例警示：
class Child extends Parent {// 誤寫為calcultae（拼寫錯誤）void calcultae(int a) { ... } // 不會觸發重寫
}
三、動態綁定：多態的實現基石
3.1 動態綁定的必要性
經典案例：
Animal myPet = new Dog();
myPet.eat(); // 實際執行Dog的eat方法myPet = new Cat();
myPet.eat(); // 自動切換為Cat的eat方法
核心價值：
- 運行時決定方法實現
- 實現接口與實現分離
- 支持插件式架構設計
3.2 JVM實現原理
執行流程：
- 對象創建時確定實際類型（Dog/Cat）
- 方法調用通過虛方法表（VMT）查找
- 調用invokevirtual字節碼指令
內存結構：
3.3 靜態綁定對比
靜態綁定場景：
- private/final/static方法
- 構造函數調用
- 對象強制類型轉換
性能差異：
- 靜態綁定：直接地址調用（更快）
- 動態綁定：需要查表（約10%性能損耗）
四、工程實踐建議
-
組合優于繼承：優先使用組合實現代碼復用
class Vehicle {Engine engine = new Engine(); // 組合方式 } -
模板方法模式：
abstract class AbstractProcessor {final void process() {validate();execute();}abstract void execute();void validate() { /* 默認實現 */ } } -
Liskov替換原則：子類必須完全替代父類
-
避免方法過度重寫：通過final關鍵字限制重寫
總結
繼承與多態是面向對象編程的核心機制，掌握extends關鍵字的正確使用、方法重寫的規范以及動態綁定的底層原理，能夠顯著提升代碼的可維護性和擴展性。在實際開發中，應合理設計類層次結構，善用多態特性，同時注意遵循設計原則避免濫用繼承，最終構建出靈活、健壯的軟件系統。
