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深入理解Java中的里氏替换原则 (LSP)_子类如何正确增强父类功能

P粉602998670

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发布时间:2026-02-17 11:48:03

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来源于php中文网

原创

里氏替换原则要求子类在父类出现的任何地方行为不破坏原有逻辑,而非仅编译通过;常见违反包括扩大异常、削弱前置条件、加强后置条件,应通过契约测试、模板方法或组合等方式保障。

深入理解java中的里氏替换原则 (lsp)_子类如何正确增强父类功能

为什么子类重写方法后,父类引用调用出错了

里氏替换原则不是“只要能编译通过就行”,而是要求子类对象在任何父类出现的地方,行为不破坏原有逻辑。常见错误是:子类重写了 calculateDiscount(),但把原本返回正数的逻辑改成可能返回负数,而下游代码直接用结果做减法,导致价格变正数反而涨价。

  • 典型现象:ClassCastException 不会出现,但运行时数值错乱、空指针、状态不一致——这类问题往往测试覆盖不到父类上下文
  • 关键判断点:看父类方法的契约(文档、注释、已有单元测试),不是看签名是否匹配
  • 如果父类 save() 方法保证“成功即持久化”,子类就不能改成只写缓存、延迟落库,除非父类契约本身就允许

用 @Override 修饰但依然违反 LSP 的三种情况

Java 编译器只检查签名,不校验语义。以下操作语法合法,却实质破坏 LSP:

  • 扩大异常范围:父类 parseJson() 声明抛 IllegalArgumentException,子类重写后抛 IOException —— 调用方没准备捕获后者
  • 削弱前置条件:父类要求 id != null,子类实现里允许 id == null 并返回默认值,看似友好,但可能掩盖上游传参错误
  • 加强后置条件:父类 getItems() 返回可修改的 List,子类返回 Collections.unmodifiableList() —— 调用方原逻辑是先 add() 再处理,现在直接 UnsupportedOperationException

如何让子类安全地“增强”父类功能

增强 ≠ 改变契约。真正符合 LSP 的增强,是在父类定义的边界内做扩展:

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  • 用模板方法模式:父类定义 process() 框架,留空钩子 beforeValidate()afterSave(),子类只覆写钩子,不碰主流程契约
  • 组合优于继承:把“增强逻辑”抽成策略对象,例如父类 PaymentProcessor 持有 FeeCalculator 接口,子类换实现,而非重写 calculateTotal()
  • 若必须重写,用守卫断言显式声明约束:在子类 withdraw() 开头加 assert balance >= amount : "balance check violated";,比静默失败更容易暴露问题

IDE 和测试怎么帮我们守住 LSP

没有自动检查工具,但可以低成本拦截大部分问题:

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  • 给父类每个 public 方法写契约式测试(比如“输入负数应抛 IllegalArgumentException”),所有子类共用同一套测试用例 —— 这比文档可靠得多
  • IntelliJ 中开启 “Inheritance hierarchy” 视图,右键父类方法 → “Find Usages” → 切到 “Implementations” 标签页,一眼看出哪些子类重写了它,立刻人工核对行为一致性
  • 避免在子类中出现 if (this instanceof SubClass) 分支:这是典型的“向下类型检查”,说明父类抽象已失效,LSP 实际已被放弃

真正难的不是写对一个子类,而是在新增第 7 个子类时,还能确保前 6 个的调用逻辑不受影响——这时候契约测试和小步重构比设计模式更重要。

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