淺析Java抽象類和接口的比較

　　abstract class和interface是Java語言中對於抽象類定義進行支持的兩種機制，正是因爲這兩種機制的存在，才賦予了Java強大的面向對象能力。abstract class和interface之間在對於抽象類定義的支持方面具備很大的類似性，甚至能夠相互替換，所以不少開發者在進行抽象類定義時對於abstract class和interface的選擇顯得比較隨意。其實，二者之間仍是有很大的區別的，對於它們的選擇甚至反映出對於問題領域本質的理解、對於設計意圖的理解是否正確、合理。本文將對它們之間的區別進行一番剖析，試圖給開發者提供一個在兩者之間進行選擇的依據。

　　理解抽象類 

　　在面向對象的概念中，咱們知道全部的對象都是經過類來描繪的，可是反過來卻不是這樣。並非全部的類都是用來描繪對象的，若是一個類中沒有包含足夠的信息來描繪一個具體的對象，這樣的類就是抽象類。抽象類每每用來表徵咱們在對問題領域進行分析、設計中得出的抽象概念，是對一系列看上去不一樣，可是本質上相同的具體概念的抽象。好比：若是咱們進行一個圖形編輯軟件的開發，就會發現問題領域存在着圓、三角形這樣一些具體概念，它們是不一樣的，可是它們又都屬於形狀這樣一個概念，形狀這個概念在問題領域是不存在的，它就是一個抽象概念。正是由於抽象的概念在問題領域沒有對應的具體概念，因此用以表徵抽象概念的抽象類是不可以實例化的。

　　下面從三個方面進行比較：

　　1、從語法定義層面看abstract class和interface 

　　在語法層面，Java語言對於abstract class和interface給出了不一樣的定義方式，下面以定義一個名爲Demo的抽象類爲例來講明這種不一樣。 

　　使用abstract class的方式定義Demo抽象類的方式以下： 

　　abstract class Demo ｛ 

　　abstract void method1(); 

　　abstract void method2(); 

　　… 

　　｝ 

　　使用interface的方式定義Demo抽象類的方式以下： 

　　interface Demo { 

　　void method1(); 

　　void method2(); 

　　… 

　　} 

　　在abstract class方式中，Demo能夠有本身的數據成員，也能夠有非abstarct的成員方法，而在interface方式的實現中，Demo只可以有靜態的不能被修改的數據成員（也就是必須是static final的，不過在interface中通常不定義數據成員），全部的成員方法都是abstract的。從某種意義上說，interface是一種特殊形式的abstract class。

　　2、從編程層面看abstract class和interface 

　　從編程的角度來看，abstract class和interface均可以用來實現"design by contract"的思想。可是在具體的使用上面仍是有一些區別的。

　　首先，abstract class在Java語言中表示的是一種繼承關係，一個類只能使用一次繼承關係。可是，一個類卻能夠實現多個interface。也許，這是Java語言的設計者在考慮Java對於多重繼承的支持方面的一種折中考慮吧。

　　其次，在abstract class的定義中，咱們能夠賦予方法的默認行爲。可是在interface的定義中，方法卻不能擁有默認行爲，爲了繞過這個限制，必須使用委託，可是這會 增長一些複雜性，有時會形成很大的麻煩。

　　在抽象類中不能定義默認行爲還存在另外一個比較嚴重的問題，那就是可能會形成維護上的麻煩。由於若是後來想修改類的界面（通常經過abstract class或者interface來表示）以適應新的狀況（好比，添加新的方法或者給已用的方法中添加新的參數）時，就會很是的麻煩，可能要花費不少的時間（對於派生類不少的狀況，尤其如此）。可是若是界面是經過abstract class來實現的，那麼可能就只須要修改定義在abstract class中的默認行爲就能夠了。

　　一樣，若是不能在抽象類中定義默認行爲，就會致使一樣的方法實現出如今該抽象類的每個派生類中，違反了"one rule，one place"原則，形成代碼重複，一樣不利於之後的維護。所以，在abstract class和interface間進行選擇時要很是的當心。

　　3、從設計理念層面看abstract class和interface 

　　上面主要從語法定義和編程的角度論述了abstract class和interface的區別，這些層面的區別是比較低層次的、非本質的。本小節將從另外一個層面：abstract class和interface所反映出的設計理念，來分析一下兩者的區別。做者認爲，從這個層面進行分析才能理解兩者概念的本質所在。

　　前面已經提到過，abstarct class在Java語言中體現了一種繼承關係，要想使得繼承關係合理，父類和派生類之間必須存在"is a"關係，即父類和派生類在概念本質上應該是相同的（參考文獻〔3〕中有關於"is a"關係的大篇幅深刻的論述，有興趣的讀者能夠參考）。對於interface 來講則否則，並不要求interface的實現者和interface定義在概念本質上是一致的，僅僅是實現了interface定義的契約而已。爲了使論述便於理解，下面將經過一個簡單的實例進行說明。

　　考慮這樣一個例子，假設在咱們的問題領域中有一個關於Door的抽象概念，該Door具備執行兩個動做open和close，此時咱們能夠經過abstract class或者interface來定義一個表示該抽象概念的類型，定義方式分別以下所示：

　　使用abstract class方式定義Door： 

　　abstract class Door { 

　　abstract void open(); 

　　abstract void close()； 

　　} 

　　使用interface方式定義Door： 

　　interface Door { 

　　void open(); 

　　void close(); 

　　} 

　　其餘具體的Door類型能夠extends使用abstract class方式定義的Door或者implements使用interface方式定義的Door。看起來好像使用abstract class和interface沒有大的區別。

　　若是如今要求Door還要具備報警的功能。咱們該如何設計針對該例子的類結構呢（在本例中，主要是爲了展現abstract class和interface反映在設計理念上的區別，其餘方面無關的問題都作了簡化或者忽略）？下面將羅列出可能的解決方案，並從設計理念層面對這些不一樣的方案進行分析。

　　解決方案一： 

　　簡單的在Door的定義中增長一個alarm方法，以下： 

　　abstract class Door { 

　　abstract void open(); 

　　abstract void close()； 

　　abstract void alarm(); 

　　} 

　　或者 

　　interface Door { 

　　void open(); 

　　void close(); 

　　void alarm(); 

　　} 

　　那麼具備報警功能的AlarmDoor的定義方式以下： 

　　class AlarmDoor extends Door { 

　　void open() { … } 

　　void close() { … } 

　　void alarm() { … } 

　　} 

　　或者 

　　class AlarmDoor implements Door ｛ 

　　void open() { … } 

　　void close() { … } 

　　void alarm() { … } 

　　｝ 

　　這種方法違反了面向對象設計中的一個核心原則ISP（Interface Segregation Priciple），在Door的定義中把Door概念自己固有的行爲方法和另一個概念"報警器"的行爲方法混在了一塊兒。這樣引發的一個問題是那些僅僅依賴於Door這個概念的模塊會由於"報警器"這個概念的改變（好比：修改alarm方法的參數）而改變，反之依然。

　　解決方案二： 

　　既然open、close和alarm屬於兩個不一樣的概念，根據ISP原則應該把它們分別定義在表明這兩個概念的抽象類中。定義方式有：這兩個概念都使用abstract class方式定義；兩個概念都使用interface方式定義；一個概念使用abstract class方式定義，另外一個概念使用interface方式定義。

　　顯然，因爲Java語言不支持多重繼承，因此兩個概念都使用abstract class方式定義是不可行的。後面兩種方式都是可行的，可是對於它們的選擇卻反映出對於問題領域中的概念本質的理解、對於設計意圖的反映是否正確、合理。咱們一一來分析、說明。

　　若是兩個概念都使用interface方式來定義，那麼就反映出兩個問題：一、咱們可能沒有理解清楚問題領域，AlarmDoor在概念本質上究竟是Door仍是報警器？二、若是咱們對於問題領域的理解沒有問題，好比：咱們經過對於問題領域的分析發現AlarmDoor在概念本質上和Door是一致的，那麼咱們在實現時就沒有可以正確的揭示咱們的設計意圖，由於在這兩個概念的定義上（均使用interface方式定義）反映不出上述含義。

　　若是咱們對於問題領域的理解是：AlarmDoor在概念本質上是Door，同時它有具備報警的功能。咱們該如何來設計、實現來明確的反映出咱們的意思呢？前面已經說過，abstract class在Java語言中表示一種繼承關係，而繼承關係在本質上是"is a"關係。因此對於Door這個概念，咱們應該使用abstarct class方式來定義。另外，AlarmDoor又具備報警功能，說明它又可以完成報警概念中定義的行爲，因此報警概念能夠經過interface方式定義。以下所示：

　　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() { … } 

　　} 

　　這種實現方式基本上可以明確的反映出咱們對於問題領域的理解，正確的揭示咱們的設計意圖。其實abstract class表示的是"is a"關係，interface表示的是"like a"關係，你們在選擇時能夠做爲一個依據，固然這是創建在對問題領域的理解上的，好比：若是咱們認爲AlarmDoor在概念本質上是報警器，同時又具備Door的功能，那麼上述的定義方式就要反過來了。

　　結論 

　　abstract class和interface是Java語言中的兩種定義抽象類的方式，它們之間有很大的類似性。可是對於它們的選擇卻又每每反映出對於問題領域中的概念本質的理解、對於設計意圖的反映是否正確、合理，由於它們表現了概念間的不一樣的關係（雖然都可以實現需求的功能）。這其實也是語言的一種的慣用法，但願讀者朋友可以細細體會。