2021-12-11 面向对象--抽象、接口总结

抽象类

语法特性

• 抽象类不允许被实例化，只能被继承，直接new 抽象类编译会报错。
• 抽象类可以包含属性和方法，方法可以包含代码实现也可以不包含代码实现（抽象方法）。
• 子类继承抽象类，必须重写全部的抽象方法。

场景

如果是is-a的关系，并且为了解决代码复用的问题。

意义

• 抽象类可以解决代码复用问题
• 抽象类相对于继承来说实现思路更优雅。-- 如果仅仅用继承的化，会出现如下三种风险：
  1. 影响代码可读性，如果下代码：Logger中定义一个空方法，会影响代码的可读性，需要Logger、FileLogger、MessageQueueLogger 之间的继承关系，才能弄明白其设计意图。
  2. 如果方法较多的情况下，容易忘记重写。
  3. 增加了方法误用的风险，如Logger方法实例化之后调用自身的空方法log()；

public class Logger {

    private String name;
    private boolean enabled;
    private Level minPermittedLevel;

    protected boolean isLoggable(Level level) {
        return enabled && (minPermittedLevel.intValue() <= level.intValue());
    }
    //
    public void log(Level level, String mesage) { // do nothing... }

    public static void main(String[] args) {
        //case1: 父类：非抽象类，就是普通的类. 删除了log(),doLog()，新增了isLoggable()               
        //Logger 中并没有定义 log() 方法 ,编译报错
        //Logger logger = new FileLogger("access-log", true, Level.WARN, "*.log");
        //logger.log(Level.ERROR, "This is a test log message.");


        //case2: Logger中定义log()空方法，实际调用了Logger中的空方法。
        Logger logger = new Logger("access-log", true, Level.WARN, "*.log");
        logger.log(Level.ERROR, "This is a test log message.");
    }
}

/**
 * 输出日志到文件
 */
public class FileLogger extends Logger {

    private Writer fileWriter;

    public void log(Level level, String mesage) throws IOException {
        if (isLoggable(level)) {
            return;
        }
        fileWriter.write("");
    }
}

/**
 * 输出日志到消息中间件(比如kafka)
 */
public class MessageQueueLogger extends Logger {
    private MessageQueueClient msgQueueClient;

    public void log(Level level, String mesage) {
        if (!isLoggable(level)) return;
        // 格式化level和message,输出到消息中间件
        msgQueueClient.send("");
    }
}

接口

语法特性

• 接口不能包含属性（成员变量）
• 接口只能声明方法，方法不能包含代码实现
• 类实现接口方法的时候，必须实现全部方法。

场景

如果是has-a 的关系，并且为了提供代码扩展性问题。

意义

接口是对方法的抽象，是一种 has-a 关系，表示具有某一组行为特性，是为了解决解耦问题，隔离接口和具体的实现，提高代码的扩展性。

抽象类和接口的区别

什么时候该用抽象类？什么时候该用接口？实际上，判断的标准很简单。如果要表示一种 is-a 的关系，并且是为了解决代码复用问题，我们就用抽象类；如果要表示一种 has-a 关系，并且是为了解决抽象而非代码复用问题，那我们就用接口。

基于接口而非实现编程原则

原则中”接口“的理解

设计初衷：“接口”就是一组“协议”或者“约定”，是功能提供者提供给使用者的一个“功能列表”。该原则可以有效的提供代码质量。应用这条原则，可以将接口和实现相分离，封装不稳定的实现，暴露稳定的接口。上游系统面向接口而非实现编程，不依赖不稳定的实现细节，这样当实现发生变化的时候，上游系统的代码基本上不需要做改动，以此来降低耦合性，提高扩展性。

在软件开发中，最大的挑战之一就是需求的不断变化，这也是考验代码设计好坏的一个标准。越抽象、越顶层、越脱离具体某一实现的设计，越能提高代码的灵活性，越能应对未来的需求变化。好的代码设计，不仅能应对当下的需求，而且在将来需求发生变化的时候，仍然能够在不破坏原有代码设计的情况下灵活应对。

注意事项

1. 函数的命名不能暴露任何实现细节，命名要足够通用，不能包含跟具体实现相关的字眼。
2. 封装具体的实现细节，与特定实现有关的方法不要定义在接口中。

使用场景

从设计初衷上来看，如果在我们的业务场景中，某个功能只有一种实现方式，未来也不可能被其他实现方式替换，那我们就没有必要为其设计接口，直接使用实现类就可以了。

越是不稳定的系统，我们越是要在代码的扩展性、维护性上下功夫。相反，如果某个系统特别稳定，在开发完之后，基本上不需要做维护，那我们就没有必要为其扩展性，投入不必要的开发时间。

/**
 * 需求：存储图片接口用于上传、下载。
 *
 */
public interface ImageStore {
    /**
        *接口命名没有暴露细节，且足够通用。
        */
    public String upload(Image image, String bucketName);

    Image download(String url);
}

public class AliyunImageStore implements ImageStore {

    public String upload(Image image, String bucketName) {
        createBucketIfNotExisting(bucketName);

        String accessToken = generateAccessToken();
        //...上传图片到阿里云...
        // ...返回图片在阿里云上的地址(url)...
        return "aliyunUrl";
    }

    public Image download(String url) {
        String accessToken = generateAccessToken();
        //...从阿里云下载图片...
    }

    /**
     * 封装具体的实现细节。跟阿里云相关的流程不应该暴露给调用者。
     *
     */
    private void createBucketIfNotExisting(String bucketName) {
        // ...创建bucket...
        // ...失败会抛出异常..
    }

    private String generateAccessToken() {
        // ...根据accesskey/secrectkey等生成access token
    }
}

组合和继承

继承存在的问题

继承是面向对象的四大特性之一，表示is-a的关系，用于解决代码复用的问题，但是如果继承层次过深，关系过复杂，也会影响到代码的可读性和可维护性

组合相对于继承的优势？

继承主要有三个作用：表示 is-a 关系，支持多态特性，代码复用。而这三个作用都可以通过其他技术手段来达成。比如 is-a 关系，我们可以通过组合和接口的 has-a 关系来替代；多态特性我们可以利用接口来实现；代码复用我们可以通过组合和委托来实现。所以，从理论上讲，通过组合、接口、委托三个技术手段，我们完全可以替换掉继承，在项目中不用或者少用继承关系，特别是一些复杂的继承关系。

组合和继承分别的使用场景？

• 如果类之间的继承结构稳定（不会轻易改变），继承层次比较浅（比如，最多有两层继承关系），继承关系不复杂，我们就可以大胆地使用继承。反之，系统越不稳定，继承层次很深，继承关系复杂，我们就尽量使用组合。

• 设计模式会固定使用继承或者组合。比如，装饰者模式（decorator pattern）、策略模式（strategy pattern）、组合模式（composite pattern）等都使用了组合关系，而模板模式（template pattern）使用了继承关系。

• 特殊的应用场景，会固定使用继承或者组合。比如Crawler 类和 PageAnalyzer 类，它们都用到了 URL 拼接和分割的功能，但并不具有继承关系（既不是父子关系，也不是兄弟关系）这个时候，使用组合就更加合理、更加灵活；同理：如果你不能改变一个函数的入参类型，而入参又非接口，为了支持多态，只能采用继承来实现

  /**
   * 需求：请设计出：一个关于鸟的特征关系类图。
   *      要求如下：
   *              会叫：鸵鸟、麻雀
   *              会飞：麻雀
   *              会下蛋：鸵鸟、麻雀
   * 思路：1. 针对“会飞”这样一个行为特性，我们可以定义一个 Flyable 接口，只让会飞的鸟去实现这个接口。
   *         对于会叫、会下蛋这些行为特性，我们可以类似地定义 Tweetable 接口、EggLayable 接口
   *      2. 针对三个接口再定义三个实现类，它们分别是：实现了 fly() 方法的 FlyAbility 类、
   *         实现了 tweet() 方法的 TweetAbility 类、实现了 layEgg() 方法的 EggLayAbility 类。
   *         然后，通过组合和委托技术来消除代码重复
   */
  public interface Flyable {
      /**
       * 飞
       */
      void fly();
  }
  
  public interface Tweetable {
      /**
       * 叫
       */
      void tweet();
  }
  
  public interface EggLayable {
      /**
       * 下蛋
       */
      void layEgg();
  }
  
  public class FlyAbility implements Flyable{
  
      public void fly() {
          // ...
      }
  }
  
  public class TweetAbility implements Tweetable{
      public void tweet() {
          // ...
      }
  }
  
  public class EggLayAbility implements EggLayable{
  
      public void layEgg() {
          // ...
      }
  }
  
  public class Ostrich implements Tweetable, EggLayable {//鸵鸟
  
      private Tweetable tweetable = new TweetAbility();//组合
  
      private EggLayAbility eggLayAbility = new EggLayAbility(); //组合
  
      public void layEgg() {
          eggLayAbility.layEgg();//委托
      }
  
      public void tweet() {
          tweetable.tweet();//委托
      }
  }
  
  public class Sparrow implements Flyable, Tweetable, EggLayable {//麻雀
  
  
  
      private Tweetable tweetable = new TweetAbility();//组合
  
      private EggLayAbility eggLayAbility = new EggLayAbility();//组合
      
      private Flyable flyable = new FlyAbility();//组合
  
      public void layEgg() {
          eggLayAbility.layEgg();//委托
      }
  
      public void tweet() {
          tweetable.tweet();//委托
      }
  
      public void fly() {
          flyable.fly();//委托
      }
  }