java基础——面向接口编程详解(二)编程实例

问题的提出

定义：现在我们要开发一个应用，模拟移动存储设备的读写，即计算机与U盘、MP3、移动硬盘等设备进行数据交换。

上下文（环境）：已知要实现U盘、MP3播放器、移动硬盘三种移动存储设备，要求计算机能同这三种设备进行数据交换，并且以后可能会有新的第三方的移动存储设备，所以计算机必须有扩展性，能与目前未知而以后可能会出现的存储设备进行数据交换。各个存储设备间读、写的实现方法不同，U盘和移动硬盘只有这两个方法，MP3Player还有一个PlayMusic方法。

名词定义：数据交换={读，写}

　　看到上面的问题，我想各位脑子中一定有了不少想法，这是个很好解决的问题，很多方案都能达到效果。下面，我列举几个典型的方案。

解决方案列举

方案一：分别定义FlashDisk、MP3Player、MobileHardDisk三个类，实现各自的Read和Write方法。然后在Computer类中实例化上述三个类，为每个类分别写读、写方法。例如，为FlashDisk写ReadFromFlashDisk、WriteToFlashDisk两个方法。总共六个方法。

方案二：定义抽象类MobileStorage，在里面写虚方法Read和Write，三个存储设备继承此抽象类，并重写Read和Write方法。Computer类中包含一个类型为MobileStorage的成员变量，并为其编写get/set器，这样Computer中只需要两个方法：ReadData和WriteData，并通过多态性实现不同移动设备的读写。

方案三：与方案二基本相同，只是不定义抽象类，而是定义接口IMobileStorage，移动存储器类实现此接口。Computer中通过依赖接口IMobileStorage实现多态性。

方案四：定义接口IReadable和IWritable，两个接口分别只包含Read和Write，然后定义接口IMobileStorage接口继承自IReadable和IWritable，剩下的实现与方案三相同。

　　下面，我们来分析一下以上四种方案：

　　首先，方案一最直白，实现起来最简单，但是它有一个致命的弱点：可扩展性差。或者说，不符合“开放-关闭原则”（注：意为对扩展开放，对修改关闭）。当将来有了第三方扩展移动存储设备时，必须对Computer进行修改。这就如在一个真实的计算机上，为每一种移动存储设备实现一个不同的插口、并分别有各自的驱动程序。当有了一种新的移动存储设备后，我们就要将计算机大卸八块，然后增加一个新的插口，在编写一套针对此新设备的驱动程序。这种设计显然不可取。

　　此方案的另一个缺点在于，冗余代码多。如果有100种移动存储，那我们的Computer中岂不是要至少写200个方法，这是不能接受的！

　　我们再来看方案二和方案三，之所以将这两个方案放在一起讨论，是因为他们基本是一个方案（从思想层面上来说），只不过实现手段不同，一个是使用了抽象类，一个是使用了接口，而且最终达到的目的应该是一样的。

　　我们先来评价这种方案：首先它解决了代码冗余的问题，因为可以动态替换移动设备，并且都实现了共同的接口，所以不管有多少种移动设备，只要一个Read方法和一个Write方法，多态性就帮我们解决问题了。而对第一个问题，由于可以运行时动态替换，而不必将移动存储类硬编码在Computer中，所以有了新的第三方设备，完全可以替换进去运行。这就是所谓的“依赖接口，而不是依赖与具体类”，不信你看看，Computer类只有一个MobileStorage类型或IMobileStorage类型的成员变量，至于这个变量具体是什么类型，它并不知道，这取决于我们在运行时给这个变量的赋值。如此一来，Computer和移动存储器类的耦合度大大下降。

　　那么这里该选抽象类还是接口呢？还记得第一篇文章我对抽象类和接口选择的建议吗？看动机。这里，我们的动机显然是实现多态性而不是为了代码复用，所以当然要用接口。

　　最后我们再来看一看方案四，它和方案三很类似，只是将“可读”和“可写”两个规则分别抽象成了接口，然后让IMobileStorage再继承它们。这样做，显然进一步提高了灵活性，但是，这有没有设计过度的嫌疑呢？我的观点是：这要看具体情况。如果我们的应用中可能会出现一些类，这些类只实现读方法或只实现写方法，如只读光盘，那么这样做也是可以的。如果我们知道以后出现的东西都是能读又能写的，那这两个接口就没有必要了。其实如果将只读设备的Write方法留空或抛出异常，也可以不要这两个接口。总之一句话：理论是死的，人是活的，一切从现实需要来，防止设计不足，也要防止设计过度。

　　在这里，我们姑且认为以后的移动存储都是能读又能写的，所以我们选方案三。

实现

　　下面，我们要将解决方案加以实现。我选择的语言是C#，但是在代码中不会用到C#特有的性质，所以使用其他语言的朋友一样可以参考。

　　首先编写IMobileStorage接口：

public interface MobileStorage{
       void Read();//从自身读数据
       void Write();//将数据写入自身
   }

代码比较简单，只有两个方法，没什么好说的，接下来是三个移动存储设备的具体实现代码：

　　U盘

public class FlashDisk implements MobileStorage{
        //实现接口 实现接口中的方法
        public void Read(){
            Console.WriteLine("Reading from FlashDisk……");
            Console.WriteLine("Read finished!");
        }
        public void Write(){
            Console.WriteLine("Writing to FlashDisk……");
            Console.WriteLine("Write finished!");
        }
    }

MP3

public class MP3Player implements MobileStorage{
        public void Read(){
            Console.WriteLine("Reading from MP3Player……");
            Console.WriteLine("Read finished!");
        }
        public void Write(){
            Console.WriteLine("Writing to MP3Player……");
            Console.WriteLine("Write finished!");
        }
        public void PlayMusic(){
            Console.WriteLine("Music is playing……");
        }
    }

移动硬盘

public class MobileHardDisk implements MobileStorage{
        public void Read(){
            Console.WriteLine("Reading from MobileHardDisk……");
            Console.WriteLine("Read finished!");
        }
        public void Write(){
            Console.WriteLine("Writing to MobileHardDisk……");
            Console.WriteLine("Write finished!");
        }
    }

可以看到，它们都实现了IMobileStorage接口，并重写了各自不同的Read和Write方法。下面，我们来写Computer：

public class Computer{
       private MobileStorage usbDrive;
       public MobileStorage getUsbDrive{
             return this.usbDrive;
       }
       public void setUserDriver(MobileStorage usbDrive){
            this.usbDrive = usbDrive;
       }
       public Computer(){
       }
       public Computer(MobileStorage usbDrive){
           this.UsbDrive = usbDrive;
       }
       public void ReadData(){
           this.usbDrive.Read();
       }
       public void WriteData(){
           this.usbDrive.Write();
       }
   }

其中的UsbDrive就是可替换的移动存储设备，之所以用这个名字，是为了让大家觉得直观，就像我们平常使用电脑上的USB插口插拔设备一样。

　　OK！下面我们来测试我们的“电脑”和“移动存储设备”是否工作正常。我是用的C#控制台程序，具体代码如下：

class Tester{
        public static void Main(string[] args)
        {
            Computer computer = new Computer();
            MobileStorage mp3Player = new MP3Player();//多态 一个接口 不同的实现
            MobileStorage flashDisk = new FlashDisk();
            MobileStorage mobileHardDisk = new MobileHardDisk();
            System.out.println("I inserted my MP3 Player into my computer and copy some music to it:");
            computer.UsbDrive = mp3Player;//多态
            computer.WriteData();
            System.out.println();
           System.out.println("Well,I also want to copy a great movie to my computer from a mobile hard disk:");
            computer.UsbDrive = mobileHardDisk;
            computer.ReadData();
            System.out.println();
            System.out.println("OK!I have to read some files from my flash disk and copy another file to it:");
            computer.UsbDrive = flashDisk;
            computer.ReadData();
            computer.WriteData();
        }
    }

现在编译、运行程序，如果没有问题，将看到如下运行结果：

好的，看来我们的系统工作良好。

后来……

　　刚过了一个星期，就有人送来了新的移动存储设备NewMobileStorage，让我测试能不能用，我微微一笑，心想这不是小菜一碟，让我们看看面向接口编程的威力吧！将测试程序修改成如下：

class Tester{
        //对拓展开放 对修改关闭
        public static void Main(string[] args){
            Computer computer = new Computer();
            MobileStorage newMobileStorage = new NewMobileStorage();
            System.out.println("Now,I am testing the new mobile storage:");
            computer.UsbDrive = newMobileStorage;
            computer.ReadData();
            computer.WriteData();
        }
    }

编译、运行、看结果：

　　哈哈，神奇吧，Computer一点都不用改动，就可以使新的设备正常运行。这就是所谓“对扩展开放，对修改关闭”。