深入理解Java的接口和抽象类

对于面向对象编程来说，抽象是它的三大特征之一。在Java中，可以通过两种形式来体现OOP的抽象：接口和抽象类。这两者有太多相似的地方，又有太多不同的地方。很多人在初学的时候会以为它们可以随意互换使用，但是实际则不然。今天我们就一起来学习一下Java中的接口和抽象类。下面是本文的目录：

一、抽象类

二、接口

三、抽象类和接口的区别

一、抽象类

（一）抽象方法

在了解抽象类之前，先来了解一下抽象方法。抽象方法是一种特殊的方法：它只有声明，而没有具体的实现。抽象方法的声明格式为：

[修饰符] abstract void methodName();

注意：抽象方法必须用abstract关键字进行修饰。

（二）抽象类概念

如果我们要在一个类中定义抽象方法，那么我们必须把这个类定义为抽象类（abstract class）。

[修饰符] abstract class ClassName {
    abstract void methodName();
}

注意：

• 抽象类必须在类前用abstract关键字修饰。
• 无论一个类是否包含抽象方法，只要它被abstract修饰了，都是抽象类。

因为抽象类中含有无具体实现的方法，所以不能用抽象类创建对象，也就是无法实例化。

ClassName c = new ClassName(); // 编译错误

无法实例化的抽象类有什么用？抽象类可以强迫子类实现其定义的抽象方法，否则编译会报错。也就是说，抽象类实际上是定义了一个==“规范”==，规定这一类的实例必须具有什么功能。

• 所以说，抽象类就是为了继承而存在的，如果你定义了一个抽象类，却不去继承它，那么等于白白创建了这个抽象类，因为你不能用它来做任何事情。

（三）抽象类 vs 普通类

包含抽象方法的类称为抽象类，但并不意味着抽象类中只能有抽象方法，它和普通类一样，同样可以拥有成员变量和普通的成员方法。但是相较于普通类，抽象类主要有三点区别：

1. 抽象方法必须为public或者protected（因为如果为private，则不能被子类继承，子类便无法实现该方法），缺省情况下默认为public。
2. 抽象类不能用来创建对象。
3. 如果一个类继承于一个抽象类，则子类必须实现父类的抽象方法。如果子类没有实现父类的抽象方法，则必须将子类也定义为为abstract类。

二、接口

在软件工程中，接口泛指供别人调用的方法或者函数。从这里，我们可以体会到Java语言设计者的初衷，它是对行为的抽象。

接口（interface），和抽象类一样，是一个抽象类型，而且是比抽象类还要抽象的纯抽象接口，仅仅是抽象方法的集合，而不能有普通方法，并且一般情况下不在接口中定义变量。

在Java中，定一个接口的形式如下：

[修饰符] interface InterfaceName {
	void methodName();
}

接口中可以含有变量和方法。但是要注意：

1. 接口中的变量，能且只能是public static final变量（用private修饰会报编译错误），所以定义时，会被隐式地指定为public static final，即我们不需要自己写修饰符。
2. 接口中的方法，能且只能是public abstract方法（用其他关键字，比如private、protected、static、 final等修饰会报编译错误），所以定义时，会被隐式地指定为public abstract，即我们不需要自己写修饰符。
3. 接口中所有的方法不能有具体的实现，也就是说，接口中的方法必须都是抽象方法。因此接口也不能用来创建对象。

接口和抽象类一样，实际上是定义了一个==“规范”==，规定实现这个接口的实例必须具有什么功能。

要让一个类实现接口，需要使用implements关键字，具体格式如下：

[修饰符] class ClassName implements Interface1, Interface2, ... {
}

可以看出，允许一个类实现多个接口。

如果一个非抽象类遵循了某个接口，就必须实现该接口中的所有方法；对于遵循某个接口的抽象类，可以不实现该接口中的抽象方法。

default方法

从 JDK 8开始，在接口中，可以定义default方法。例如，把Person接口的run()方法改为default方法：

interface Person {
    String getName();
    default void run() {
        System.out.println(getName() + " run");
    }
}

class Student implements Person {
    private String name;

    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return this.name;
    }
}

实现类可以不必覆写default方法。default方法的目的是，当我们需要给接口新增一个方法时，会涉及到修改全部子类。如果新增的是default方法，那么子类就不必全部修改，只需要在需要覆写的地方去覆写新增方法。

default方法和抽象类的普通方法是有所不同的。因为interface没有字段，default方法无法访问字段，而抽象类的普通方法可以访问实例字段。但是default方法使接口和抽象类一样，不再牵一发而动全身。

三、抽象类和接口的区别

（一）语法层面上的区别

（二）设计层面上的区别

1. 抽象层面不同

抽象类是对事物进行抽象，包括这个事物的属性、行为；而接口则是对事物的行为进行抽象。

举个简单的例子：

• 飞机和鸟是不同类的事物，但是它们都有一个共性，就是都会飞。那么在设计的时候，可以将飞机设计为一个类Airplane，将鸟设计为一个类Bird。
• 但是不能将飞行 这个特性也设计为类，因此它只是一个行为特性，并不是对一类事物的抽象描述。
• 此时可以将飞行 设计为一个接口Fly，包含方法fly()，然后Airplane和Bird分别根据自己的需要实现Fly这个接口。
• 然后至于有不同种类的飞机，比如战斗机、民用飞机等直接继承Airplane即可，对于鸟也是类似的，不同种类的鸟直接继承Bird类即可。

从这里可以看出：

• 类的继承是一个“是不是”的关系。如果一个类继承了某个抽象类，则它必定是抽象类的种类。
• 而接口的实现则是“有没有”、“会不会”的关系。如果一个类实现了某个接口，则它必须具备这个接口的功能。

2. 设计逻辑不同

抽象类作为很多子类的父类，它是一种公共的规范，它的所有子类都具有这些功能。更侧重于说明这个子类是什么。

而接口是一种行为规范，它是一种拓展的规范，让一个事物可以做到它的类型所具有的公共功能以外的功能，也就是实现功能的拓展。更侧重于说明这个子类能干什么。

比如说，我们举一个一个网上流传最广泛的例子——门和警报的例子：

门都有open()和close()两个动作，假设我们通过抽象类和接口来定义这个抽象概念：

abstract class Door {
    public abstract void open();
    public abstract void close();
}

或者：

interface Door {
    public abstract void open();
    public abstract void close();
}

现在如果我们需要让门具有报警alarm()的功能，那么该如何实现？下面提供两种思路：

1. 将这三个功能都放在抽象类里面，但是这样一来所有继承于这个抽象类的子类都具备了报警功能，但是有的门并不一定具备报警功能；
2. 将这三个功能都放在接口里面，需要用到报警功能的类就需要实现这个接口中的open()和close()，但是也许这个类根本就不具备open()和close()这两个功能，比如火灾报警器。

从这里可以看出，Door的open() 、close()功能和拓展的alarm()功能根本就属于两个不同范畴内的行为，open()和close()属于门本身固有的公共行为，而alarm()属于延伸的附加行为。

因此最好的解决办法是将Door设计为单独的一个抽象类，包含open()和close()两种行为；然后单独将报警这个拓展功能设计为一个接口，包含alarm()行为。再设计一个报警门继承Door类和实现Alarm接口。

interface Alram {
    void alarm();
}
 
abstract class Door {
    void open();
    void close();
}
 
class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
    void oepn() {
      //....
    }
    void close() {
      //....
    }
    void alarm() {
      //....
    }
}

合理设计interface和abstract class的关系，可以充分复用代码。

参考Java的集合类定义的一组接口、抽象类以及具体子类的继承关系：

┌───────────────┐
│   Iterable    │
└───────────────┘
        ▲                ┌───────────────────┐
        │                │      Object       │
┌───────────────┐        └───────────────────┘
│  Collection   │                  ▲
└───────────────┘                  │
        ▲     ▲          ┌───────────────────┐
        │     └──────────│AbstractCollection │
┌───────────────┐        └───────────────────┘
│     List      │                  ▲               ┌───────────────┐
└───────────────┘                  │               │     Queue     │
              ▲          ┌───────────────────┐     └───────────────┘
              └──────────│   AbstractList    │              ▲
                         └───────────────────┘              │
                                ▲     ▲            ┌───────────────┐
                                │     │            │     Deque     │
                                │     │            └───────────────┘
                     ┌────────────┐ ┌────────────┐          ▲
                     │ ArrayList  │ │ LinkedList │──────────┘
                     └────────────┘ └────────────┘

在使用的时候，实例化的对象永远只能是某个具体的子类，但总是通过接口去引用它，因为我们使用这个类的时候，往往只关注这个对象的一些功能，而接口就是用来描述这些功能的：

Queue queue = new LinkedList(); // 用Queue接口引用具体子类的实例，强调我们需要的是队列这个数据结构及其功能