如何理解 Java 中接口存在的意義

0. 前言

在我本身早期學習編程的時候，對接口存在的意義實在困惑，我本身亂寫代碼的時候基本上不可能意識到須要去寫接口，不知道接口到底有什麼用，爲何要定義接口，感受定義接口只是提早作了個多餘的工做。git

這裏我先拋出一個形象的解釋，你們帶着這個解釋結合全文來理解接口存在的意義是什麼：程序員

咱們把電腦主板上的內存插槽，顯卡插槽等類比爲接口，爲何在主板上搞這麼多插槽呢？多浪費機箱空間啊？直接用電烙鐵把顯卡和內存的引腳一根一根焊到主板上不就得了（手動滑稽）。估計讀到這裏大夥兒內心也大概明白了接口的大體做用，焊死了後，若是你焊錯位置了或者拆電腦的時候，就須要使用電烙鐵進行拆裝，多愚蠢哦。web

全文脈絡思惟導圖以下：面試

1. 什麼是抽象類

在講解接口以前，抽象類是繞不過去的一個概念，接口能夠認爲是一個比抽象類還要抽象的類。算法

什麼是抽象類？「包含一個或多個抽象方法的類就是抽象類，抽象方法即沒有方法體的方法」，抽象方法和抽象類都必須聲明爲 abstract。例如：數據庫

// 抽象類
public abstract class Person {
    // 抽象方法
 public abstract String getDescription();
}

切記！「除了抽象方法以外，抽象類還能夠包含具體數據和具體方法」。例如，抽象類 Person 還保存着姓名和一個返回姓名的具體方法：編程

public abstract class Person{
    private String name;
    public Person(String name){
     this.name = name ;
    }
    public abstract String getDescription();
    public String getName(){
     return name;
    }
}

❝
許多程序員都會「錯誤」的認爲，在抽象類中不能包含具體方法。其實這也是接口和抽象類的不一樣之處，接口中是不能包含具體方法的。設計模式
❞

「抽象類不能被實例化」。也就是說，若是將一個類聲明爲 abstract, 就不能建立這個類的對象。安全

new Person("Jack"); // Error

能夠定義一個抽象類的對象變量，可是它只能引用非抽象子類的對象。假設 Student 類是 Person 的非抽象子類：微信

Person p = new Student("Jack"); // Right

所謂非抽象子類就是說，若是建立一個繼承抽象類的子類併爲之建立對象，那麼就「必須爲父類的全部抽象方法提供方法定義」。若是不這麼作（能夠選擇不作），子類仍然是一個抽象類，編譯器會強制咱們爲新類加上 abstract 關鍵字。

下面定義擴展抽象類 Person 的具體子類 Student：

public class Student extends Person { 
    private String major; 
    public Student(String name, String major) { 
        super(name); 
        this.major = major; 
    } 
    @Override
    public String getDescription(){ // 實現父類抽象方法
     return "a student majoring in " + major; 
    } 
}

在 Student 類中實現了父類中的抽象方法 getDescription 。所以，「在 Student類中的所有方法都是非抽象的，這個類再也不是抽象類」。

👇 調用以下：

Person p = new Student("Jack","Computer Science");
p.getDescription();

因爲不能構造抽象類 Person的對象，因此變量 p 永遠不會引用 Person 對象，而是引用諸如 Student這樣的具體子類對象，而這些對象中都重寫了 getDescription方法。

2. 什麼是接口

接口的本質其實也是一個類，並且是一個比抽象類還要抽象的類。怎麼說呢？抽象類是可以包含具體方法的，而接口杜絕了這個可能性，「在 Java 8 以前，接口很是純粹，只能包含抽象方法，也就是沒有方法體的方法」。而 Java 8 中接口出現了些許的變化，開始容許接口包含默認方法和靜態方法，這個下文會講解。

Java 使用關鍵字 interface 而不是 class 來建立接口。和類同樣，一般咱們會在關鍵字 interface 前加上 public 關鍵字，不然接口只有包訪問權限，只能在接口相同的包下才能使用它。

public interface Concept {
    void idea1();
    void idea2();
}

一樣的，接口中既然存在抽象方法，那麼他就須要被擴展（繼承）。使用 implements 關鍵字使一個類擴展某個特定接口（或一組接口），通俗來講：接口只是外形，如今這個擴展子類要說明它是如何工做的。

class Implementation implements Concept {
    @Override
    public void idea1() {
        System.out.println("idea1");
    }
    
    @Override
    public void idea2() {
        System.out.println("idea2");
    }
}

這裏須要注意的是，你能夠選擇顯式地聲明接口中的方法爲 public，可是「即便你不這麼作，它們也是 public 的」。因此當實現一個接口時，來自接口中的方法必須被定義爲 public。不然，它們只有包訪問權限，這樣在被繼承時，它們的可訪問權限就被下降了，這是 Java 編譯器所不容許的。

另外，接口中是容許出現常量的，與接口中的方法都自動地被設置爲 public—樣，「接口中的域將被自動被設置爲 public static final 類型」，例如：

public interface Concept {
 void idea1(); // public void idea1();
    // 靜態屬性
 double item = 95; // a public static final constant
}

❝
能夠將接口方法標記爲 public，將域標記爲 public static final。有些程序員出於習慣或提升清晰度的考慮，願意這樣作。但 Java 語言規範卻「建議不要書寫這些多餘的關鍵字」。
❞

3. 接口的特性

接口和類其中不一樣的一點就是，咱們「沒法像類同樣使用 new 運算符來實例化一個接口」：

x = new Concept(. . .); // ERROR

緣由也很簡單，接口連具體的構造方法都沒有，確定是沒法實例化的。

固然，儘管不能構造接口的對象，聲明接口的變量仍是能夠的：

Concept x; // OK

接口變量必須引用實現了接口的類對象：

x = new Implementation(. . .); // OK provided Implementation implements Concept

接下來，如同使用 instanceof 檢查一個對象是否屬於某個特定類同樣，也可使用 instanceof檢查一個對象是否實現了某個特定的接口：

if(x instanceof Concept){
 ...
}

另外，與能夠創建類的繼承關係同樣，「接口也能夠被繼承」：

public interface Concept1 {
    void idea1();
    void idea2();
}

-------------------------------------------
    
public interface Concept2 extends Concept1{
 double idea3();
}

固然，讀到這裏你們可能依然沒法理解，既然有了抽象類，爲何 Java 程序設計語言還要任勞任怨地引入接口這個概念？

很重磅！由於「一個類能夠實現多個接口，可是一個類只能繼承一個父類」。正是接口的出現打破了 Java 這種單繼承的侷限，爲定義類的行爲提供了極大的靈活性。

class Implementation implements Concept1, Concept2 // OK

有一條實際經驗：在合理的範圍內儘量地抽象。顯然，接口比抽象類還要抽象。所以，通常更傾向使用接口而不是抽象類。

4. Java 8 接口新特性

上文提過一嘴，「在 Java 8 中，容許在接口中增長靜態方法和默認方法」。理論上講，沒有任何理由認爲這是不合法的，只是這有違於將接口做爲抽象規範的初衷。舉個例子：

public interface Concept {
    // 靜態方法
 public static void get(String name){
     System.out.println("hello " + name);
    }
    // 默認方法
    default void idea1(){
        System.out.println("this is idea1");
    };
}

用 default 修飾符標記的方法就是默認方法，這樣子類就不須要去實現這個方法了。

不過，引入默認方法後，就出現了一個「默認方法衝突」的問題。若是先在一個接口 A 中將一個方法 idea 定義爲默認方法，而後又在另外一個接口 B 或者超類 C 中定義了一樣的方法 idea，而後類 D 實現了這兩個接口 A 和 B（或超類 C）。因而類 D 中就有了方法 idea 的兩個默認實現，出現了衝突，爲此，Java 制定了一套規則來解決這個二義性問題：

1 ) 「超類優先」。若是超類提供了一個具體方法，接口中的同名且有相同參數類型的默認方法會被忽略。

2 ) 「接口衝突」。若是一個父類接口提供了一個默認方法，另外一個父類接口也提供了一個同名並且參數類型相同的方法，子類必須覆蓋這個方法來解決衝突。例如：

interface A {
 default void idea(){
  System.out.println("this is A");
 }
}

interface B {
 default void idea(){
  System.out.println("this is B");
 }
}

// 須要在 D 類中覆蓋 idea 方法
class D implements A, B{
    public void getName(){
     System.out.println("this is D");
    }
}

如今假設 B接口沒有爲 idea 提供默認實現：

interface B {
 void idea();
}

那麼 D 類會直接從 A 接口繼承默認方法嗎？這好像挺有道理，不過，Java 設計者更強調一致性。兩個接口如何衝突並不重要，「只要有一個接口提供了一個默認實現，編譯器就會報告錯誤，咱們就必須解決這個二義性」。

固然，若是兩個接口都沒有爲共享方法提供默認實現，那麼就與 Java 8 以前的狀況同樣，這裏不存在衝突。

5. 接口存在的意義

在我本身早期學習編程的時候，對接口存在的意義實在困惑，我本身亂寫代碼的時候基本上不可能意識到須要去寫接口，不知道接口到底有什麼用，爲何要定義接口，感受定義接口只是提早作了個多餘的工做。

其實不是，定義接口並不是多餘，「接口是用來提供公用的方法，規定子類的行爲的」。舉個例子，讓你們直觀的感覺下接口的做用：

好比有個網站，須要保存不一樣客戶的信息，有些客戶從 Web 網站來，有些客戶從手機客戶端來，有些客戶直接從後臺管理系統錄入。假設不一樣來源的客戶有不一樣的處理業務流程，這個時候咱們定義接口來提供一個保存客戶信息的方法，而後不一樣的平臺實現咱們這個保存客戶信息的接口，之後保存客戶信息的話，咱們只須要知道這個接口就能夠了，具體調用的方法被封裝成了黑盒子，這也就是 Java 的多態的體現，「接口幫助咱們對這些有相同功能的方法作了統一管理」。

再好比說，咱們要作一個畫板程序，其中裏面有一個面板類，主要負責繪畫功能，而後你就定義了這個類，但是在不久的未來，你忽然發現這個類知足不了你了，而後你又要從新設計這個類，更糟糕是你可能要廢棄這個現有的類，那麼其餘引用這個類的地方也須要作出修改，顯然這樣很是麻煩。

若是你一開始定義了一個接口，把繪畫功能放在這個接口裏，而後定義類時實現這個接口，那麼你只須要用這個接口去引用實現它的類就好了，之後要修改的話只不過是引用另外一個類而已。「接口的使用提升了代碼的可維護性和可擴展性」。

另外，從這兩個例子咱們也能看出，接口不只「下降了代碼的耦合度」，並且僅僅描敘了程序對外的服務，不涉及任何具體的實現細節，這樣也就比較「安全」一些。

參考資料

《Java 核心技術 - 卷 1 基礎知識 - 第 10 版》
《Thinking In Java（Java 編程思想）- 第 4 版》

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