深入理解聚合关系：从基础概念到实际应用

# 深入理解聚合关系：从基础概念到实际应用 ## 1. 聚合关系概述 聚合是两个对象之间的一种关联，形成整体/部分的关系。由其他对象组成的对象（即整体对象）被称为聚合对象，用于构建整体对象的对象则称为部分对象。聚合关系主要分为两种类型：简单聚合和复合聚合。 ### 1.1 简单聚合与复合聚合的区别 聚合对象可以由一个或多个部分对象构建而成，它可以是简单聚合、复合聚合，或者两者的组合。简单聚合和复合聚合的区别在于整体对象与部分对象的链接方式，这种链接方式决定了谁来控制部分对象的生命周期（创建和销毁）。 ### 1.2 简单聚合 如果聚合对象只是使用其部分对象，而对它们的创建或存在没有控制权，那么这种聚合关系就是简单聚合。部分对象可以在简单聚合对象的生命周期之外存在（即可以被创建和销毁），这意味着一个部分对象可能同时参与多个简单聚合关系。 Java的垃圾回收器最终会销毁未被引用的对象，但只要简单聚合对象保持对其部分对象的引用，部分对象就会保留在内存中。可以根据程序设计，将现有部分对象的引用传递给聚合对象的构造函数或其他方法，这种聚合也被称为引用包含。 ### 1.3 复合聚合 如果聚合对象控制其部分对象的生命周期（即创建和销毁它们），那么它就是复合聚合。复合聚合对其部分对象的存在拥有完全控制权，这意味着复合聚合的部分对象直到聚合对象被创建时才会存在。 复合聚合的部分对象在聚合对象创建时被创建，通常在聚合对象的构造函数中完成。在Java中，程序员没有直接销毁对象的方法，必须依靠JVM的垃圾回收器来回收未被引用的对象。因此，在聚合对象的生命周期内，必须避免返回其部分对象的引用，以防止违反数据封装原则，这一规则的严格执行很大程度上取决于程序设计目标，这种聚合也被称为值包含。 ### 1.4 快速回顾 聚合是两个对象之间形成整体/部分关系的关联，分为简单聚合和复合聚合。聚合类型由整体对象对其部分对象生命周期的控制程度决定。如果整体对象只是使用部分对象的服务而不控制其生命周期，则为简单聚合；如果整体对象创建并控制其部分对象的生命周期，则为复合聚合。 ## 2. 在UML类图中表达聚合关系 UML类图可用于展示类之间的聚合关联，下面介绍如何使用UML类图表达简单聚合和复合聚合。 ### 2.1 简单聚合 在UML图中，简单聚合通过连接整体类和部分类的线来表示。简单聚合的属性由空心菱形表示，该菱形位于连接整体类的线的一端。简单聚合表示聚合对象与其部分之间的“使用”关系，因为部分对象的生命周期不受聚合对象控制。 例如，有两个不同的简单聚合类Whole A和Whole B共享一个Part类的实例，这种共享情况可能需要线程同步。 ### 2.2 复合聚合 复合聚合由实心菱形表示，该菱形位于聚合类的一侧。复合聚合对象控制其部分对象的创建，这意味着部分对象完全属于其包含的聚合对象。因此，复合聚合表示整体类和部分类之间的“包含”或“拥有”关系。 | 聚合类型 | UML表示 | 关系含义 | | ---- | ---- | ---- | | 简单聚合 | 空心菱形 | 使用关系 | | 复合聚合 | 实心菱形 | 包含关系 | ## 3. 聚合关系示例代码 ### 3.1 简单聚合示例 以下是一个简单聚合的示例，包含类A和类B。类A使用类B的服务，类A有一个属性`its_b`，它是对类B对象的引用。 ```java // Example 10.1: A.java public class A { private B its_b = null; public A(B b_ref) { its_b = b_ref; System.out.println("A object created!"); } public void makeContainedObjectSayHi() { its_b.sayHi(); } } // Example 10.2: B.java public class B { public B() { System.out.println("B object created!"); } public void sayHi() { System.out.println("Hi!"); } } // Example 10.3: TestDriver.java public class TestDriver { public static void main(String[] args) { B b = new B(); A a = new A(b); a.makeContainedObjectSayHi(); } } ``` ### 3.2 复合聚合示例 以下是一个复合聚合的示例，同样包含类A和类B。类A控制类B对象的创建。 ```java // Example 10.4: A.java public class A { private B its_b = null; public A() { its_b = new B(); System.out.println("A object created!"); } public void makeContainedObjectSayHi() { its_b.sayHi(); } } // Example 10.5: B.java public class B { public B() { System.out.println("B object created!"); } public void sayHi() { System.out.println("Hi!"); } } // Example 10.6: TestDriver.java public class TestDriver { public static void main(String[] args) { A a = new A(); a.makeContainedObjectSayHi(); } } ``` ## 4. 序列图 序列图是另一种UML图，用于说明应用程序中对象之间执行事件的顺序。在使用组合设计时，序列图尤为有用。 ### 4.1 简单聚合的序列图 简单聚合示例程序的序列图展示了事件的执行顺序。用户通过运行`TestDriver`程序启动事件序列，`TestDriver`程序先创建类B的实例，然后创建类A的对象，并将类B对象的引用传递给类A的构造函数。最后，`TestDriver`程序向类A对象发送`makeContainedObjectSayHi()`消息，类A对象再向类B对象发送`sayHi()`消息，最终在控制台打印“Hi!”。 ### 4.2 复合聚合的序列图 复合聚合版本的程序的序列图略有不同。`TestDriver`程序先创建类A的对象，类A对象再创建类B的对象，后续消息传递与