Java 中的组合、聚合与关联关系

1. 引言

在现实世界和编程中，对象之间存在各种关系。理解这些关系有时候并不容易，尤其是组合（Composition）、聚合（Aggregation）和关联（Association）这三者之间的区别。

本文将深入讲解这三种常见的对象关系，帮助你准确识别并正确使用它们。

2. 组合（Composition）

组合是一种“属于”关系，也常被称为“has-a”关系（与“is-a”关系即继承相对）。

组合是一种强“has-a”关系。一个对象拥有另一个对象，生命周期绑定在一起。如果拥有者被销毁，其组成部分也将被销毁。

例如，一个房间属于一栋建筑。如果建筑被拆除，房间自然也不复存在。

2.1 UML 表示

在 UML 中，组合用实心菱形箭头表示：

composition

更清晰的带箭头版本：

Building-Room 示例：

composition example

2.2 示例代码

在 Java 中，组合通常通过非静态内部类实现：

class Building {
    class Room {}
}

也可以使用匿名类、局部类或 Lambda：

class Building {
    Room createAnonymousRoom() {
        return new Room() {
            @Override
            void doInRoom() {}
        };
    }

    Room createInlineRoom() {
        class InlineRoom implements Room {
            @Override
            void doInRoom() {}
        }
        return new InlineRoom();
    }
    
    Room createLambdaRoom() {
        return () -> {};
    }

    interface Room {
        void doInRoom();
    }
}

通常我们会存储对象引用：

class Building {
    List<Room> rooms;
    class Room {}
}

内部类隐式持有外部类的引用：

class Building {
    String address;
    
    class Room {
        String getBuildingAddress() {
            return Building.this.address;
        }   
    }   
}

3. 聚合（Aggregation）

聚合也是一种“has-a”关系，但与组合不同，它不涉及拥有权。对象之间生命周期独立。

例如，汽车和轮胎的关系。轮胎可以被拆下，安装到其他车上，仍然有效。

3.1 UML 表示

聚合用空心菱形表示：

aggregation

汽车与轮胎示例：

aggregation example

3.2 示例代码

聚合通常通过普通引用实现：

class Wheel {}

class Car {
    List<Wheel> wheels;
}

也可以使用静态内部类：

class Car {
    List<Wheel> wheels;
    static class Wheel {}
}

如果需要双向引用，需手动维护：

class Wheel {
    Car car;
}

class Car {
    List<Wheel> wheels;
}

4. 关联（Association）

关联是三者中最弱的关系。它不是“has-a”关系，而是对象之间相互“知道”对方的存在。

例如，母亲和孩子之间的关系。

4.1 UML 表示

单向关联用箭头表示：

association

双向关联可以用双箭头或无箭头线：

association-bidirectional

母亲与孩子示例：

association example

4.2 示例代码

关联与聚合类似，通过引用实现：

class Child {}

class Mother {
    List<Child> children;
}

如果是双向关联，需要手动维护双方引用：

class Child {
    Mother mother;
}

class Mother {
    List<Child> children;
}

5. UML 补充说明

有时我们会在 UML 图中表示关系的“基数”（cardinality）来增强可读性：

cardinality 1

0 通常不用于表示关系，除非用范围表示可选关系：

cardinality 2

组合关系中因为只有一个拥有者，所以通常不标注。

6. 综合示例

假设我们要建模一所大学，包含院系、教授，教授之间还有朋友关系。

大学关闭后，院系不存在 → 组合
教授离开大学后仍存在，且可能属于多个院系 → 聚合
教授之间是朋友 → 关联

对应的 UML 图：

complex example

Java 实现如下：

class University {
    List<Department> departments;   
}

class Department {
    List<Professor> professors;
}

class Professor {
    List<Department> departments;
    List<Professor> friends;
}

✅ 小技巧： 使用“has-a”、“belongs-to”、“member-of”等术语有助于快速识别对象之间的关系。

7. 总结

组合、聚合和关联是面向对象设计中三种基本的关系：

类型	生命周期绑定	拥有关系	UML 表示
组合	✅	✅	实心菱形
聚合	❌	❌	空心菱形
关联	❌	❌	箭头或无箭头线

理解这些关系有助于我们设计出结构清晰、易于维护的系统。在实际编码中，注意使用合适的类结构和引用方式来准确表达对象之间的关系。

完整示例代码可在 GitHub 获取。

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REST

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