Java 进阶之抽象类与接口概念（一）

た入场券 2022-08-21 01:28 143阅读 0赞

**从语法定义层面看abstract class 和 interface**  
  
在语法层面，Java语言对于abstract class和interface给出了不同的定义方式，下面以定义一个名为Demo的抽象类为例来说明这种不同。  
  
使用abstract class的方式定义Demo抽象类的方式如下：  
abstract class Demo｛  
abstract void method1();  
abstract void method2();  
…  
｝  
  
使用interface的方式定义Demo抽象类的方式如下：  
interface Demo\{  
void method1();  
void method2();  
…  
\}  
  
在 abstract class 方式中，Demo 可以有自己的数据成员，也可以有非 abstract 的成员方法，**而在 interface 方式的实现中，Demo 只能够有静态的不能被修改的数据成员**（也就是必须是 static final 的，不过在 interface 中一般不定义数据成员），**所有的成员方法都是 abstract 的。**从某种意义上说，interface 是一种特殊形式的 abstract class。  
  
从编程的角度来看，abstract class 和 interface 都可以用来实现 "design by contract" 的思想。但是在具体的使用上面还是有一些区别的。  
  
首先，abstract class 在 Java 语言中表示的是一种继承关系，一个类只能使用一次继承关系( 因为 Java 不支持多继承 -- 转注)。但是，一个类却可以实现多个 interface 。也许，这是 Java 语言的设计者在考虑 Java 对于多重继承的支持方面的一种折中考虑吧。  
  
其次，在 abstract class 的定义中，我们可以赋予方法的默认行为。但是在 interface 的定义中，方法却不能拥有默认行为，为了绕过这个限制，必须使用委托，但是这会增加一些复杂性，有时会造成很大的麻烦。  
  
在抽象类中不能定义默认行为还存在另一个比较严重的问题，那就是可能会造成维护上的麻烦。因为如果后来想修改类的界面（一般通过 abstract class 或者 interface 来表示）以适应新的情况（比如，添加新的方法或者给已用的方法中添加新的参数）时，就会非常的麻烦，可能要花费很多的时间（对于派生类很多的情况，尤为如此）。但是如果界面是通过abstract class来实现的，那 么可能就只需要修改定义在 abstract class 中的默认行为就可以了。  
  
同样，如果不能在抽象类中定 义默认行为，就会导致同样的方法实现出现在该抽象类的每一个派生类中，违反了 "one rule，one place" 原则，造成代码重复，同样不利于以后的维护。因此，在 abstract class 和 interface 间进行选择时要非常的小心。  
  
**从设计理念层面看 abstract class 和 interface**  
  
上面主要从语法定义和编程的角度论述了abstract class和interface的区别，这些层面的区别是比较低层次的、非本质的。本小节将从另一个层面：abstract class和interface所反映出的设计理念，来分析一下二者的区别。作者认为，从这个层面进行分析才能理解二者概念的本质所在。  
  
abstract class 在 Java 语言中体现了一种继承关系，要想使得继承关系合理，父类和派生类之间必须存在"is-a"关系，即父类和派生类在概念本质上应该是相同的。对于interface来说则不然，并不要求 interface的实现者和interface定义在概念本质上是一致的，仅仅是实现了 interface 定义的契约而已。为了使论述便于理解，下面将通过一个简单的实例进行说明。  
  
考虑这样一个例子，假设在我们的问题领域中有一个关于Door的抽象概念，该Door具有执行两个动作open和close，此时我们可以通过abstract class或者interface来定义一个表示该抽象概念的类型，定义方式分别如下所示：  
  
使用abstract class方式定义Door：  
abstract class Door\{  
abstract void open();  
abstract void close()；  
\}  
  
使用interface方式定义Door：  
interface Door\{  
void open();  
void close();  
\}  
  
其他具体的Door类型可以 extends 使用 abstract class 方式定义的 Door 或者 implements 使用 interface 方式定义的 Door 。看起来好像使用 abstract class 和 interface 没有大的区别。  
  
如果现在要求 Door 还要具有报警的功能。我们该如何设计针对该例子的类结构呢（在本例中， 主要是为了展示 abstract class 和 interface 反映在设计理念上的区别，其他方面无关的问题都做了简化或者忽略）？下面将罗列出可能的解决方案，并从设计理念层面对这些不同的方案进行分析。  
  
解决方案一：  
  
简单的在Door的定义中增加一个 alarm 方法，如下：  
  
abstract class Door\{  
abstract void open();  
abstract void close()；  
abstract void alarm();  
\}  
  
或者  
  
interface Door\{  
void open();  
void close();  
void alarm();  
\}  
  
那么具有报警功能的 AlarmDoor 的定义方式如下：  
  
class AlarmDoor extends Door\{  
void open()\{…\}  
void close()\{…\}  
void alarm()\{…\}  
\}  
  
或者  
  
class AlarmDoor implements Door｛  
void open()\{…\}  
void close()\{…\}  
void alarm()\{…\}  
｝  
  
这种方法违反了面向对象设计中的一个核心原则 ISP (Interface Segregation Principle)，在 Door 的定义中把 Door 概念本身固有的行为方法和另外一个概念"报警器"的行为方法混在了一起。这样引起的一个问题是那些仅仅依赖于Door这个概念的模块会因为"报警器"这个概念的改变（比如：修改 alarm 方法的参数）而改变，反之依然。  
  
解决方案二：  
  
既然 open、close 和 alarm 属于两个不同的概念，根据ISP原则应该把它们分别 定义在代表这两个概念的抽象类中。定义方式有：这两个概念都使用 abstract class 方式定义；两个概念都使用 interface 方式定义；一个概念使用 abstract class 方式定义，另一个概念使用 interface 方式定义。  
  
显然，由于Java语言不支持多重继承，所以两个概念都使用abstract class方式定义是不可行的。后面两种方式都是可行的，但是对于它们的选择却反映出对于问题领域中的概念本质的理解、对于设计意图的反映是否正确、合理。我们一一来分析、说明。

如果两个概念都使用 interface 方式来定义，那么就反映出两个问题：

1、我们可能没有理解清楚问题领域，AlarmDoor在概念本质上到底是Door还是报警器？

2、如果我们对于问题领域的理解没有问题，比如：我们通过对于问题领域的分析发现AlarmDoor在概念本质上和Door是一致的，那么我们在实现时就没有能够正确的揭示我们的设计意图，因为在这两个概念的定义上（均使用 interface方式定义）反映不出上述含义。

如果我们对于问题领域的理解是：AlarmDoor在概念本质上是Door，同时它 有具有报警的功能。我们该如何来设计、实现来明确的反映出我们的意思呢？前面已经说过，abstract class在Java语言中表示一种继承关系，而继承关系 在本质上是"is-a"关系。所以对于Door这个概念，我们应该使用abstarct class方式来定义。另外，AlarmDoor又具有报警功能，说明它又能够完成报警概念中定义的行为，所以报警概念可以通过interface方式定义。如下所示：  
  
abstract class Door\{  
abstract void open();  
abstract void close()；  
\}  
interface Alarm\{  
void alarm();  
\}  
class Alarm Door extends Door implements Alarm\{  
void open()\{…\}  
void close()\{…\}  
void alarm()\{…\}  
\}  
  
这种实现方式基本上能够明确的反映出我们对于问题领域的理解，正确的揭示我们的设计意图。其 实abstract class表示的是"is-a"关系，interface表示的是"like-a"关系，大家在选择时可以作为一个依据，当然这是建立在对问题领域的理解上的，比如：如果我们认为AlarmDoor在概念本质上是报警器，同时又具有Door的功能，那么上述的定义方式就要反过来了。