Java Composition如何优化系统设计

用组合思想优化 Java 系统设计的实践指南

核心原则与收益

• 优先使用组合优于继承：通过把对象作为成员变量组合在一起，构建更灵活的“has-a”关系，避免深继承带来的脆弱基类与耦合问题。
• 明确单一职责与接口隔离：小而专注的接口与组件，让系统更易理解与替换。
• 降低耦合度、提升可维护性与可测试性：组件之间依赖接口而非实现，便于Mock与替换。
• 强化模块化与复用：公共能力抽取为组件，通过组合在不同上下文中复用。
• 借助依赖注入（如 Spring）管理对象生命周期与依赖，提升可配置性与可测性。
• 在合适的场景引入设计模式（如策略、装饰器、组合模式）来组织行为，使系统更可扩展、更易演进。

架构落地步骤

• 定义稳定的组件接口：围绕业务能力抽象最小稳定的 API，避免频繁变更。
• 以服务/组件容器聚合能力：将多个实现按需组合，统一入口执行，形成可插拔的插件化架构。
• 通过依赖注入装配：由容器负责创建与连接组件，减少硬编码与静态依赖。
• 分层与模块化：清晰划分表示层/业务层/数据访问层，层间通过接口协作，减少跨层耦合。
• 运行时组合与编排：用配置或策略选择不同的组件实现，支持灰度、A/B 与功能开关。
• 强化可观测性：为组件埋点与日志，结合统一异常处理与监控，便于快速定位问题。

典型模式与适用场景

可运行的精简示例

• 组合模式示例：统一处理“单个图形”和“图形组”

interface Graphic { void draw(); }

class Circle implements Graphic {
    public void draw() { System.out.println("Drawing a Circle"); }
}

class Square implements Graphic {
    public void draw() { System.out.println("Drawing a Square"); }
}

class CompositeGraphic implements Graphic {
    private final List<Graphic> children = new ArrayList<>();
    void add(Graphic g) { children.add(g); }
    void remove(Graphic g) { children.remove(g); }
    public void draw() { children.forEach(Graphic::draw); }
}

// 使用
var g = new CompositeGraphic();
g.add(new Circle()); g.add(new Square());
g.draw(); // Drawing a Circle \n Drawing a Square

• 策略 + 组合示例：运行时切换支付策略

interface PaymentStrategy { void pay(int amount); }

class Alipay implements PaymentStrategy {
    public void pay(int amount) { System.out.println("Paid " + amount + " via Alipay"); }
}

class WeChatPay implements PaymentStrategy {
    public void pay(int amount) { System.out.println("Paid " + amount + " via WeChatPay"); }
}

class CheckoutService {
    private final PaymentStrategy strategy;
    CheckoutService(PaymentStrategy s) { this.strategy = s; }
    void checkout(int amount) { strategy.pay(amount); }
}

// 使用
new CheckoutService(new Alipay()).checkout(100);
new CheckoutService(new WeChatPay()).checkout(200);

常见陷阱与规避

• 过度使用组合导致系统复杂度上升：当问题并非“部分-整体”或层次极浅时，引入组合模式可能适得其反。
• 统一接口带来的类型安全与约束难题：在接口中暴露不适用于所有组件的方法（如add/remove），会让Leaf不得不空实现或抛异常；需要在文档或编译期加强约束。
• 忽视循环依赖与内存泄漏：组件互相持有引用时要定义生命周期与清理策略（如弱引用、显式释放）。
• 配置与编排失控：运行时组合过多会造成行为难追踪，建议配合命名策略、版本化与契约测试。