面试题：Java 继承体系下违背里氏替换原则的案例分析

Question

假设你有一个 Java 类继承体系，父类 A 有一个方法 `void operation()`，子类 B 继承自 A 并覆盖了 `operation()` 方法。请构造一个场景，使得子类 B 对 `operation()` 方法的重写违背了里氏替换原则，并详细分析违背的原因以及可能带来的问题。

Answer 1

1. 构造违背里氏替换原则的场景：
   • 定义父类 A：

class A {
    public void operation() {
        System.out.println("父类A的operation方法，进行一些常规操作");
    }
}

• 定义子类 B，重写 operation() 方法，但违背里氏替换原则：

class B extends A {
    @Override
    public void operation() {
        throw new RuntimeException("子类B的operation方法抛出异常，不执行常规操作");
    }
}

2. 分析违背原因：
   • 里氏替换原则要求，在软件系统中，所有引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。在这个场景中，当代码依赖于父类 A 的 operation() 方法的正常行为时，例如：

public class Main {
    public static void process(A a) {
        a.operation();
    }

    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        process(a);
        a = new B();
        process(a);
    }
}

• 当 process 方法中传入的是父类 A 的对象时，operation 方法正常执行。但当传入子类 B 的对象时，由于子类 B 的 operation 方法抛出异常，这就打破了父类 A 的 operation 方法原本的行为契约，不能像预期那样透明地替换使用，从而违背了里氏替换原则。

3. 可能带来的问题：
   • 代码健壮性降低：依赖父类 A 的 operation 方法的代码在运行时可能因为传入子类 B 的对象而抛出异常，导致程序崩溃，影响系统的稳定性。
   • 维护困难：如果代码中多处依赖父类 A 的 operation 方法，当引入子类 B 违背里氏替换原则时，很难快速定位问题，因为调用处可能离实际抛出异常的子类 B 的 operation 方法很远，增加了调试和维护的成本。
   • 可扩展性受限：后续基于父类 A 进行扩展的功能可能因为子类 B 的特殊行为而变得不可靠，阻碍了软件系统的正常扩展。