关于抽象类和接口的两篇不错文章

一.抽象类与接口的区别

转自[url] http://www.54bk.com/user1/4073/archives/2005/9209.html [/url]

abstract class和interface是Java语言中对于抽象类定义进行支持的两种机制，正由于这两种机制的存在，才赋予了Java强大的面向对象能力。

abstract class和interface之间在对于抽象类定义的支持方面具有很大的相似性，甚至可以相互替换，因此很多开发者在进行抽象类定义时对于abstract class和interface的选择显得比较随意。 其实，两者之间还是有很大的区别的，对于它们的选择甚至反映出对于问题领域本质的理解、对于设计意图的理解是否正确、合理。本文将对它们之间的区别进行一番剖析，试图给开发者提供一个在二者之间进行选择的依据。

一、理解抽象类
abstract class和interface在Java语言中都是用来进行抽象类（本文中的抽象类并非从abstract class翻译而来，它表示的是一个抽象体，而abstract class为Java语言中用于定义抽象类的一种方法，请读者注意区分）定义的，那么什么是抽象类，使用抽象类能为我们带来什么好处呢？

在面向对象的概念中，我们知道所有的对象都是通过类来描绘的，但是反过来却不是这样。并不是所有的类都是用来描绘对象的，如果一个类中没有包含足够的信息来描绘一个具体的对象，这样的类就是抽象类。抽象类往往用来表征我们在对问题领域进行分析、设计中得出的抽象概念，是对一系列看上去不同，但是本质上相同的具体概念的抽象。

比如：如果我们进行一个图形编辑软件的开发，就会发现问题领域存在着圆、三角形这样一些具体概念，它们是不同的，但是它们又都属于形状这样一个概念，形状这个概念在问题领域是不存在的，它就是一个抽象概念。正是因为抽象的概念在问题领域没有对应的具体概念，所以用以表征抽象概念的抽象类是不能够实例化的。

在面向对象领域，抽象类主要用来进行类型隐藏。我们可以构造出一个固定的一组行为的抽象描述，但是这组行为却能够有任意个可能的具体实现方式。这个抽象描述就是抽象类，而这一组任意个可能的具体实现则表现为所有可能的派生类。模块可以操作一个抽象体。由于模块依赖于一个固定的抽象体，因此它可以是不允许修改的；同时，通过从这个抽象体派生，也可扩展此模块的行为功能。熟悉OCP的读者一定知道，为了能够实现面向对象设计的一个最核心的原则OCP(Open-Closed Principle)，抽象类是其中的关键所在。

二、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abstarct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。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abstractclass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。

三、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abstractclass和interface的区别，这些层面的区别是比较低层次的、非本质的。本文将从另一个层面：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。

前面已经提到过，abstarct 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 Priciple），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”isa”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 AlarmDoor 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。

abstract class和interface是Java语言中的两种定义抽象类的方式，它们之间有很大的相似性。但是对于它们的选择却又往往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，因为它们表现了概念间的不同的关系（虽然都能够实现需求的功能）。这其实也是语言的一种的惯用法，希望读者朋友能够细细体会

二.Java语言的接口与类型安全

接口是实现构件可插入性的关键，可插入构件的关键在于存在一个公用的接口，以及每个构件实现了这个接口。

1.什么是接口？

Java中的接口是一系列方法的声明，是一些方法特征的集合，一个接口只有方法的特征没有方法的实现，因此这些方法可以在不同的地方被不同的类实现，而这些实现可以具有不同的行为（功能）。

接口的两种含义：一，Java接口，Java语言中存在的结构，有特定的语法和结构；二，一个类所具有的方法的特征集合，是一种逻辑上的抽象。前者叫做“Java接口”，后者叫做“接口”。

在Java语言规范中，一个方法的特征仅包括方法的名字，参数的数目和种类，而不包括方法的返回类型，参数的名字以及所抛出来的异常。在Java编译器检

查方法的重载时，会根据这些条件判断两个方法是否是重载方法。但在Java编译器检查方法的置换时，则会进一步检查两个方法（分处超类型和子类型）的返还

2.类型和抛出的异常是否相同

接口继承和实现继承的规则不同，一个类只有一个直接父类，但可以实现多个接口。

Java接口本身没有任何实现，因为Java接口不涉及表象，而只描述public行为，所以Java接口比Java抽象类更抽象化。

Java接口的方法只能是抽象的和公开的，Java接口不能有构造器，Java接口可以有public,静态的和final属性。

接口把方法的特征和方法的实现分割开来。这种分割体现在接口常常代表一个角色，它包装与该角色相关的操作和属性，而实现这个接口的类便是扮演这个角色的演员。一个角色由不同的演员来演，而不同的演员之间除了扮演一个共同的角色之外，并不要求其它的共同之处。


3.为什么使用接口？

两个类中的两个类似的功能，调用他们的类动态的决定一种实现，那他们提供一个抽象父类，子类分别实现父类所定义的方法。

问题的出现：Java是一种单继承的语言，一般情况下，哪个具体类可能已经有了一个超类，解决是给它的父类加父类，或者给它父类的父类加父类，只到移动到类等级结构的最顶端。这样一来，对一个具体类的可插入性的设计，就变成了对整个等级结构中所有类的修改。

接口是可插入性的保证。

在一个等级结构中的任何一个类都可以实现一个接口，这个接口会影响到此类的所有子类，但不会影响到此类的任何超类。此类将不得不实现这个接口所规定的方法，而其子类可以从此类自动继承这些方法，当然也可以选择置换掉所有的这些方法，或者其中的某一些方法，这时候，这些子类具有了可插入性（并且可以用这个接口类型装载，传递实现了他的所有子类）。

我们关心的不是那一个具体的类，而是这个类是否实现了我们需要的接口。

接口提供了关联以及方法调用上的可插入性，软件系统的规模越大，生命周期越长，接口使得软件系统的灵活性和可扩展性，可插入性方面得到保证。

4.类型

使用Java接口将软件单位与内部和外部耦合起来。使用Java接口不是具体的类进行变量的类型声明，方法的返还类型声明，参量的类型声明，以及数据类型的转换。

在理想的情况下，一个具体的Java类应当只实现Java接口和抽象Java类中声明的方法，而不应当给多余方法。

5.类型等级结构

Java接口（以及抽象类）一般用来作为一个类型的等级结构的起点。

如果一个类已经有了一个主要的超类型，那么通过实现一个接口，这个类可以拥有另一个次要的超类型，这种次要的超类型叫做混合类型。


6.Java接口常用方法

单方法接口

public interface Actionlistener(){

public abstract void actionPerformed(ActionEvent event);

}

仅且只有一个方法，只有实现了这个接口（重写这个接口中的唯一一个方法），你才有资格去事件监听器列表里注册（参数为Actionlistener类型），当事件源变动时，自动调用这个唯一的actionPerformed方法.

标识接口

是没有任何方法和属性的接口。标识接口不对实现它的类有任何语意上的要求，它仅仅表明了实现它的类属于一个特定的类型（传递）。

不推荐过多的使用标识接口。

常量接口

用Java接口来声明一些常量，然后由实现这个接口的类使用这些常量（以前在做画板的时候这么干过）。建议不要模仿这种常量接口的做法。


6.Java语言类型安全问题

Java是强类型的语言。这意味着Java编译器会对代码进行检查，以确定没一次赋值，每一次方法的调用是符合类型的。如果有任何不相符合的情况，Java编译器就会给出错误。

类型检查是基于这样一个简单的事实：每一变量的声明都给这个变量一个类型；每一个方法包括构造器的声明都给这个方法的特征。这样一来，Java编译器可以对任何的表达式推断出一个明显类型，Java编译器可以基于明显类型对类型进行检查。

Java语言是类型安全的。这就是说，任何被Java编译器接受的合法的Java类保证是类型安全的。换言之，在程序运行期间，不会有任何类型的错误。一个Java程序根本不可能将一个本来属于一个类型的变量当作另一个类型处理，因此也就不会产生由此而引起的错误。

简单的说，Java语言依靠三种机制做到了类型安全：编译期间的类型检查，自动的存储管理，数组的边界检查。