Java接口学习笔记

古城微笑少年丶 2022-06-07 01:17 219阅读 0赞

java语言不支持一个类有多个直接的父类(多继承),但可以实现（implements）多个接口,间接的实现了多继承

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**一、Java接口基础知识**

1, Java语言不支持一个类有多个直接的父类(多继承),但可以实现（implements）多个接口,间接的实现了多继承.

2, 与Java接口相关的设计模式:

1, 定制服务模式

设计精粒度的接口,每个Java接口代表相关的一组服务,通过继承来创建复合接口

2, 适配器模式

当每个系统之间接口不匹配时,用适配器来转换接口

3, 默认适配器模式

为接口提供简单的默认实现

4, 代理模式

为Java接口的实现类创建代理类,使用者通过代理来获得实现类的服务

5, 标识类型模式

用接口来标识一种没有任何行为的抽象类型

6, 常量接口模式

在接口中定义静态常量,在其它类中通过import static语句引入这些常量

**Java接口的特征归纳：**

1, Java接口中的成员变量默认都是public,static,final类型的(都可省略),必须被显示初始化,即接口中的成员变量为常量(大写,单词之间用"\_"分隔)

2, Java接口中的方法默认都是public,abstract类型的(都可省略),没有方法体,不能被实例化

public interface A   
          {   
           int CONST = 1; //合法,CONST默认为public,static,final类型   
           void method(); //合法,method()默认为public,abstract类型   
           public abstract void method2(); //method2()显示声明为public,abstract类型   
          }

3, Java接口中只能包含public,static,final类型的成员变量和public,abstract类型的成员方法

public interface A   
         {   
          int var; //错,var是常量,必须显示初始化    
          void method(){...};   //错,接口中只能包含抽象方法   
          protected void method2(); //错,接口中的方法必须是public类型   
          static void method3(){...};   //错,接口中不能包含静态方法   
         }

4, 接口中没有构造方法,不能被实例化

public interface A   
         {   
          public A(){...}; //错,接口中不能包含构造方法   
          void method();   
         }

5, 一个接口不能实现(implements)另一个接口,但它可以继承多个其它的接口

public interface A   
        {   
         void methodA();   
        }   
        public interface B   
        {   
         void methodB();   
        }   
        public interface C extends A, B   //C称为复合接口   
        {   
         void methodC();   
        }   
        public interface C implements A{...}   //错

6, Java接口必须通过类来实现它的抽象方法

public class A implements B\{...\}

7, 当类实现了某个Java接口时,它必须实现接口中的所有抽象方法,否则这个类必须声明为抽象的

8, 不允许创建接口的实例(实例化),但允许定义接口类型的引用变量,该引用变量引用实现了这个接口的类的实例

public class B implements A{}   
          A a = new B(); //引用变量a被定义为A接口类型,引用了B实例   
          A a = new A(); //错误,接口不允许实例化

9, 一个类只能继承一个直接的父类,但可以实现多个接口,间接的实现了多继承.

public class A extends B implements C, D\{...\} //B为class,C,D为interface

4, 通过接口,可以方便地对已经存在的系统进行自下而上的抽象,对于任意两个类,不管它们是否属于同一个父类,只有它们存在相同的功能,就能从中抽象出一个接口类型.对于已经存在的继承树,可以方便的从类中抽象出新的接口,但从类中抽象出新的抽象类却不那么容易,因此接口更有利于软件系统的维护与重构.对于两个系统,通过接口交互比通过抽象类交互能获得更好的松耦合.

5, 接口是构建松耦合软件系统的重要法宝,由于接口用于描述系统对外提供的所有服务,因此接口中的成员变量和方法都必须是public类型的,确保外部使用者能访问它们,接口仅仅描述系统能做什么,但不指明如何去做,所有接口中的方法都是抽象方法,接口不涉及和任何具体实例相关的细节,因此接口没有构造方法,不能被实例化,没有实例变量.

**二, 比较抽象类与接口**

1, 抽象类与接口都位于继承树的上层

相同点

1, 代表系统的抽象层,当一个系统使用一颗继承树上的类时,应该尽量把引用变量声明为继承树的上层抽象类型,这样可以提高两个系统之间的送耦合

2, 都不能被实例化

3, 都包含抽象方法,这些抽象方法用于描述系统能提供哪些服务,但不提供具体的实现

不同点:

1, 在抽象类中可以为部分方法提供默认的实现,从而避免在子类中重复实现它们,这是抽象类的优势,但这一优势限制了多继承,而接口中只能包含抽象方法.由于在抽象类中允许加入具体方法,因此扩展抽象类的功能,即向抽象类中添加具体方法,不会对它的子类造成影响,而对于接口,一旦接口被公布,就必须非常稳定,因为随意在接口中添加抽象方法,会影响到所有的实现类,这些实现类要么实现新增的抽象方法,要么声明为抽象类

2, 一个类只能继承一个直接的父类,这个父类可能是抽象类,但一个类可以实现多个接口,这是接口的优势,但这一优势是以不允许为任何方法提供实现作为代价的三, 为什么Java语言不允许多重继承呢?当子类覆盖父类的实例方法或隐藏父类的成员变量及静态方法时,Java虚拟机采用不同的绑定规则,假如还允许一个类有多个直接的父类,那么会使绑定规则更加复杂,

因此,为了简化系统结构设计和动态绑定机制,Java语言禁止多重继承.而接口中只有抽象方法,没有实例变量和静态方法,只有接口的实现类才会实现接口的抽象方法(接口中的抽象方法是通过类来实现的),因此,一个类即使有多个接口,也不会增加Java虚拟机进行动态绑定的复杂度.因为Java虚拟机永远不会把方法与接口绑定,而只会把方法与它的实现类绑定.四, 使用接口和抽象类的总体原则:

1, 用接口作为系统与外界交互的窗口站在外界使用者(另一个系统)的角度,接口向使用者承诺系统能提供哪些服务,站在系统本身的角度,接口制定系统必须实现哪些服务,接口是系统中最高层次的抽象类型.通过接口交互可以提高两个系统之间的送耦合系统A通过系统B进行交互,是指系统A访问系统B时,把引用变量声明为系统B中的接口类型,该引用变量引用系统B中接口的实现类的实例。

public interface B   
        {   
        }   
        public class C implements B   
        {   
        }   
        public class A   
        {   
        }   
        B a = new C();

2, Java接口本身必须非常稳定,Java接口一旦制定,就不允许随遇更加,否则对外面使用者及系统本身造成影响

3, 用抽象类来定制系统中的扩展点

抽象类来完成部分实现,还要一些功能通过它的子类来实现

# 浅析Java抽象类和接口的比较 #

**\[摘要\]** 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，正是由于这两种机制的存在，才赋予了Java强大的面向对象能力。  
\[关键字\] [ Java][Java] [ 抽象][Link 1] [ 接口][Link 2]

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，正是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。  
  
　　理解抽象类  
  
　　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。  
  
　　下面从三个方面进行比较：  
  
　　一、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。  
  
　　二、从编程层面看abstract class和interface  
  
　　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abstract class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abstract class和interface的区别，这些层面的区别是比较低层次的、非本质的。本小节将从另一个层面：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（参考文献〔3〕中有关于"is a"关系的大篇幅深入的论述，有兴趣的读者可以参考）。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"is a"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。  
  
　　结论  
  
　　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。 [![end.gif][]][end.gif 1]

[Java]: http://www.enet.com.cn/tech/inforcenter/search.jsp?keyword=Java&ACondtion=keyword&siteid=security
[Link 1]: http://www.enet.com.cn/tech/inforcenter/search.jsp?keyword=%B3%E9%CF%F3&ACondtion=keyword&siteid=security
[Link 2]: http://www.enet.com.cn/tech/inforcenter/search.jsp?keyword=%BD%D3%BF%DA&ACondtion=keyword&siteid=security
[end.gif]: /images/20220607/c02752d84b6e4c1aa6c89869e0ee174b.png
[end.gif 1]: http://www.enet.com.cn/