Java接口详解

抽象类是从多个类中抽象出来的模板，如果将这种抽象进行得更彻底，则可以提炼出一种更加特殊的”抽象类“——接口(interface)，接口里包普通方法，接口里的所有方法都是抽象方法。Java 8对接口进行了改进，允许在接口中定义默认方法，默认方法可以提供方法实现。

一、接口的概念
我们经常在生活中听到接口这个词，比如PCI接口、AGP接口，因此很多人认为接口相当于主板上一个插槽，这其实是一种错误的认识。当说PCI接口时，指的是主板上那个插槽遵守了PCI规范，而具体的PCI插槽只是PCI接口的实例。

对于不同型号的主板而言，各自的PCI插槽都需要遵守一个规范。对于同一个型号的不同主机板而言，它们的PCI插槽需要有相同的数据交换方式、相同的实现细节，它们都是同一个类的不同实例。

同一个类的内部状态数据、各种方法的实现细节完全相同，类是一种具体实现体。而接口定义了一种规范，接口定义了某一批类所需要遵守的规范，接口不关心这些类的内部状态数据，也不关心这些类里方法的实现细节，它只规定这批类里必须提供某些方法，提供这些方法的类就可以满足实际需要。

让规范和实现分离正是接口的好处，让软件系统的各组件之间面向接口耦合，是一种松耦合的设计。例如主板上提供的PCI插槽，只要一块显卡遵守PCI接口规范，就可以插入PCI插槽内，与该主板正常通信。

类似的，软件系统的各模块之间也应该采用这种面向接口的耦合，从而尽量降低各模块之间的耦合，为系统提供更好的可扩展性和可维护性。

因此，接口定义的是多个类共同的行为规范，这些行为是与外部交流的通道，这就意味着接口里通常是定义一组公用方法。

二、Java 8中接口的定义
和类定义不同，定义接口不再使用class关键字，而是使用interface关键字。接口定义的基本格式如下：

[修饰符] interface 接口名 extends 父接口1,父接口2...
{
    零到多个常量定义...
    零到到多个抽象方法定义...
    零到多个内部类、接口、枚举定义...
    零到到多个默认方法或类方法定义...
}

对上面语法的详细说明如下。
①修饰符可以是public或者省略，如果省略了public访问控制符，则默认采用包权限访问控制符，即只有在相同包结构下才可以访问该接口。

②接口名应该与类名采用相同的命名规则。

③一个接口可以有多个直接父接口，但接口只能继承接口，不能继承类。

提示：在上面语法定义中，只有在Java 8 以上的版本中才允许在接口中定义默认方法、类方法。

由于接口定义的是一种规范，因此接口里不能包含构造器和初始化块定义。接口里可以包含成员变量（只能是静态常量）、方法（只能是抽象实例方法、类方法或默认方法）、内部类（包括内部接口、枚举）定义。

对比接口和类的定义方式，不难发现接口的成员比类里的成员少了两种，而且接口里成员变量只能是静态常量，接口里的方法只能是抽象方法、类方法或默认方法。

前面已经说过了，接口里定义的是多个类共同的公共行为规范，因此接口里的所有成员包括常量、方法、内部类和内部枚举都是public访问权限。定义接口成员时，可以省略访问控制修饰符，如果指定访问控制修饰符，则只能使用public访问控制修饰符。

对于接口里定义的静态常量而言，它们是接口相关的，因此系统会自动为这些成员变量增加static和final两个修饰符。也就是说，在接口中定义成员变量时，不管是否使用public static final修饰符，接口里的成员变量总是使用这三个修饰符来修饰。而且接口里没有构造器和初始化块，因此接口里定义的成员变量只能在定义时指定默认值。

接口里定义成员变量采样如下两行代码的结果完全一样。

//系统自动为接口里定义的成员变量增加public static final修饰符
int MAX_SIZE = 50;
public static final int MAX_SIZE = 50;

接口里定义的方法只能是抽象方法、类方法或默认方法，因此如果不是定义默认方法，系统将自动为普通方法增加abstract修饰符；定义接口里的普通方法时不管是否使用public abstract修饰符，接口里的普通方法总是使用public abstract来修饰。接口里的普通方法不能有方法实现（方法体）；但类方法、默认方法都必须由方法实现（方法体）。

注意：
接口里定义的内部类、内部接口、内部枚举类都默认采用public static两个修饰符，不管定义时是否指定这两个修饰符，系统都会自动使用public static对它们进行修饰。

下面定义一个接口。

package lee;
public interface Output
{
    //接口里定义的成员变量只能是常量
}

public interface Output
{
    //接口里定义的成员变量只能是常量
    int MAX_CACHE_LINE = 50;
    //接口里定义的普通方法只能是public的抽象方法
    void out();
    void getData(String msg);
    //在接口里定义默认方法，需要使用default修饰
    default void print(String... msgs)
    {
        for(String msg : msgs)
        {
            System.out.println(msg);
        }
    }
    //在接口中定义默认方法，需要使用default修饰
    default void test()
    {
        System.out.println("默认的test()方法");
    }
    //在接口中定义类方法，需要使用static修饰
    static String staticTest()
    {
        return "接口里的类方法";
    }
}

上面定义了一个Output接口，这个接口里包含了一个成员变量：MAX_CACHE_LINE。除此之外，这个接口还定义了两个普通方法：表示取得数据的getData()方法和表示输出的out()方法。这就定义了Output接口的规范：只要某个类能取得数据，并且可以将数据输出，那它就是一个输出设备，至于这个设备的实现细节，这里暂不关心。

Java 8允许在接口里定义默认方法，默认方法必须使用default修饰，该方法不能使用static修饰，无论程序是否指定，默认方法总是使用public修饰——如果开发者没有指定public，系统会自动为默认方法添加public修饰符，由于默认方法并不没有static修饰，因此不能直接使用接口来调用默认方法，需要使用接口的实现类的实例来调用这些默认方法。

Java 8允许在接口中定义类方法，类方法必须使用static修饰，该方法不能使用default修饰，无论程序是否指定，类方法总是使用public修饰——如果没有指定public，系统会自动为类方法添加public修饰符。类方法可以直接使用接口来调用。

接口里的成员默认是使用public static final修饰的，因此即使另一个类处于不同包下，也可以通过接口来访问接口里的成员变量。

注意：
从某个角度来看，接口可被当成一个特殊的类，因此一个Java源文件里最多只能有一个public接口，如果一个Java源文件里定义了一个public接口，则该源文件的主文件名必须与该接口名相同。

三、接口的继承

接口的继承和类继承不一样，接口完全支持多继承，即一个接口可以有多个直接父接口。和类继承相似，子接口扩展某个父接口，将会获得父接口里定义的所有方法、常量。

一个接口继承多个父接口时，多个父接口排在extends关键字之后，多个父接口之间以(,)隔开。下面程序定义了三个接口，第三个接口继承了前面两个接口。

interface interfaceA
{
    int PROP_A = 5;
    void testA();
}
interface interfaceB
{
    int PROP_B = 6;
    void testB();
}
interface interfaceC extends interfaceA , interfaceB
{
    int PROP_C = 7;
    void testC();
}

public class InterfaceExtendsTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println(interface.PROP_A);
        System.out.println(interface.PROP_B);
        System.out.println(interface.PROP_C);
    }
}

上面程序中的interfaceC接口继承了interfaceA和interfaceB，所以interfaceC中获得了它们的常量，因此main()方法可以通过interface C来获取PROP_A、PROP_B常量。

四、使用接口

接口不能用于创建实例，但接口可以用于声明引用类型变量。当使用接口来声明引用类型变量时，这个引用类型变量必须引用到其实现类的对象。除此之外，接口的主要用途就是被实现类实现。

归纳起来，接口主要有如下用途。
①定义变量，也可用于进行强制类型转换。

②调用接口中定义的变量。

③被其他类实现。

一个类可以实现一个或多个接口，继承使用extends关键字，实现则使用implements关键字。因为一个类可以实现多个接口，这也是Java为单继承灵活性不足所做的补充。类实现接口语法格式如下：

[修饰符]  class 类名 extends 父类 implements 接口1,接口2...
{
    类体部分
}

实现接口与继承父类相似，一样可以获得所实现接口里定义的常量（成员变量）、方法（包括抽象方法和默认方法）。

让类实现接口需要类定义后增加implements部分，当需要实现多个接口时，多个接口之间以英文逗号（，）隔开。一个类可以继承一个父类，并同时实现多个接口，implements部分必须放在extends部分之后。

一个类实现了一个或多个接口之后，这个类必须完全实现这些接口里所定义的全部抽象方法（也就是重写这些抽象方法）；否则，该类将保留从父接口那里继承到的抽象方法，该类也必须定义成抽象类。

一个类实现某个接口时，该类将会获得从接口中定义的常量（成员变量）、方法等，因此可以把实现接口理解为一种特殊的继承，相当于实现类继承了一个彻底抽象的类（相当于除了默认方法之外，所有方法都是抽象方法的类）。

下面看一个实现接口的类。

public interface Output {
    //接口里定义的成员变量只能是常量
    int MAX_CACHE_LINE = 50;
    //接口里定义的普通方法只能是public的抽象方法
    void out();
    void getData(String msg);
    //在接口中定义默认方法,需要使用default修饰
    default void print(String... msgs)
    {
        for(String msg : msgs)
        {
            System.out.println(msg);
        }
    }
    //在接口中定义默认方法,需要使用default修饰
    default void test()
    {
        System.out.println("默认使用test()方法");
    }
    //在接口中定义类方法，需要static修饰
    static String staticTest()
    {
        return "接口里的类方法";
    }
}

//定义一个Product接口
interface Product
{
    int getProduceTime();
}

//让Printer类实现Output和Product接口
public class Printer implements Output,Product
{
    private String[] printData = new String[MAX_CACHE_LINE];
    //用以记录当前需打印的作业数
    private int dataNum = 0;

    @Override
    public int getProduceTime() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return 45;
    }

    @Override
    public void out() {
        // TODO Auto-generated method stub
        //只要还有作业，就继续打印
        while(dataNum > 0)
        {
            System.out.println("打印机打印:" + printData[0]);
            //把作业队列整体迁移以为，并将剩下的作业数减1
            System.arraycopy(printData, 1, printData, 0, --dataNum);
        }
    }

    @Override
    public void getData(String msg) {
        // TODO Auto-generated method stub
        if(dataNum >= MAX_CACHE_LINE)
        {
            System.out.println("输出队列已满，添加失败");
        }
        else
        {
            printData[dataNum++] = msg;
        }
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        //创建一个Printer对象，当成Output使用
        Output o = new Printer();
        o.getData("Monday");
        o.getData("TuesDay");
        o.out();
        o.getData("Wednesday");
        o.getData("Thursday");
        o.out();
        //调用Output接口中定义的默认方法
        o.print("星期一","星期二","星期三");
        o.test();
        //创建一个Printer对象，当成Product使用
        Product p = new Printer();
        System.out.println(p.getProduceTime());
        //所有接口类型的引用变量都可直接赋给Object类型的变量
        Object obj = p;
    }
}

从上面程序可以看出，Printer实现了Output接口和Product接口，因此Printer对象既可以赋给Output，也可直接赋给Product变量，仿佛Printer即是Output类的子类，也是Product类的子类，这就是Java提供的模拟多继承。

上面程序中Printer实现了Output接口，即可获得Output接口中定义的print()和test()两个默认方法，因此Printer实例可以直接调用者两个默认方法。

注意：
实现接口方法时，必须使用public访问控制符，因为接口里方法都是public的，而子类重写父类方法时访问控制符只能更大或者相等，所以实现类实现接口里方法时只能使用public访问权限。

接口不能显式继承任何类。但接口类型的引用变量可以直接赋给Object类型的引用变量，所以上面程序中可以把Product类型的变量直接赋给Object类型的变量，这是利用向上转型来实现的。因为编译器知道任何Java对象都必须是Object或其子类的实例，Product类型的对象也不例外（它必须是Product接口实现类的对象，该类肯定是Object的显式或隐式子类）。

五、接口和抽象类

接口和抽象类很像，它们都具有如下特征：
①接口和抽象类都不能被实例化，它们都位于继承树的顶端，用于被其他类实现和继承。

②接口和抽象类都可以包含抽象方法，实现接口或继承抽象类的普通类都必须实现这些抽象方法。

但接口和抽象类之间的差别非常大，这种差别主要体现在二者设计目的上。下面具体分析二者差别。

接口作为系统与外界交互的窗口，接口体现的是一种规范。对于接口的实现者而言，接口规定了实现者必须向外提供哪些服务（以方法的形式来提供）；对于接口的调用者而言，接口规定了调用者可以调用哪些服务，以及如何调用这些服务（就是如何来调用方法）。当在一个程序中使用接口时，接口是多个模块间的耦合标准，当在多个应用程序之间使用接口时，接口是多个程序之间的通信标准。

从某种程序来看，接口类似于整个系统的“总纲”，它指定了系统各模块之间应遵循的标准，因此一个系统中的接口不应该经常改变。一旦接口被改变，对整个系统甚至其他系统影响将是辐射式的。

抽象类则不一样，抽象类作为系统中多个子类的共同父类，它所体现的是一种模板式的设计。抽象类作为多个子类的抽象父类，可以被当成系统实现过程中的中间产品，这个中间产品已经实现的系统的部分功能（那些已经提供实现的方法），但这个产品依然不能当成最终产品，必须有更进一步的完善，这种完善可能有几种不同方式。

除此之外，接口和抽象类在用法上也存在如下差别。
①接口里只能包含抽象方法，不能为普通方法提供方法实现（默认方法可以提供方法实现）；抽象类则可以包含普通方法。

②接口里只能定义常量，不能定义普通成员变量；抽象类里则即可以定义普通成员变量，也可以定义静态常量。

③接口里不包含构造器；抽象类可以包含构造器，抽象类里的构造器并不是用于创建对象，而是让其子类调用这些构造器来完成属于抽象类的初始化操作。

④接口里不能包含初始化块；但抽象类则可以完全包含初始化块

⑤抽象类和普通类一样，只能继承一个父类，但不能继承接口；接口可继承多个父接口，但不能继承类。

⑤一个类只能有一个直接父类，包括抽象类；但一个类可以实现多个接口，通过实现多个接口可以弥补Java单继承的不足。