知识大全 Abstractclass和Interface在Java中的应用

Posted 2022-07-19 概念

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　　Abstractclass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 abstractclass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abstractclass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 abstractclass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abstractclass翻译而来它表示的是一个抽象体而abstractclass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 ClosedPrinciple）抽象类是其中的关键所在从语法定义层面看abstractclass和interface 在语法层面 Java语言对于abstractclass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abstractclass的方式定义Demo抽象类的方式如下 abstractclassDemoabstractvoidmethod （） abstractvoidmethod （） … 使用interface的方式定义Demo抽象类的方式如下 interfaceDemovoidmethod （） voidmethod （） … 在abstractclass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staticfinal 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 abstractclass 从编程的角度来看 abstractclass和interface都可以用来实现 designbycontract 的思想但是在具体的使用上面还是有一些区别的首先 abstractclass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abstractclass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abstractclass来实现的那么可能就只需要修改定义在abstractclass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 onerule oneplace 原则造成代码重复同样不利于以后的维护因此在abstractclass和interface间进行选择时要非常的小心

从设计理念层面看abstractclass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小节将从另一个层面 abstractclass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 abstarctclass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 isa 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〔〕中有关于 isa 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abstractclass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abstractclass方式定义Door: abstractclassDoorabstractvoidopen（） abstractvoidclose（）使用interface方式定义Door: interfaceDoorvoidopen（） voidclose（）其他具体的Door类型可以extends使用abstractclass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abstractclass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abstractclass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 abstractclassDoorabstractvoidopen（） abstractvoidclose（） abstractvoidalarm（）或者 interfaceDoorvoidopen（） voidclose（） voidalarm（）那么具有报警功能的AlarmDoor的定义方式如下 classAlarmDoorextendsDoorvoidopen（）…voidclose（）…voidalarm（）… 或者 classAlarmDoorimplementsDoorvoidopen（）…voidclose（）…voidalarm（）… 这种方法违反了面向对象设计中的一个核心原则ISP （InterfaceSegregationPriciple）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abstractclass方式定义两个概念都使用interface方式定义一个概念使用abstractclass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abstractclass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？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 abstractclass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abstarctclass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 abstractclassDoorabstractvoidopen（） abstractvoidclose （） interfaceAlarmvoidalarm（） classAlarmDoorextendsDoorimplementsAlarm voidopen（）…voidclose（）…voidalarm（）… 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abstractclass表示的是 isa 关系 interface表示的是 likea 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 cha138/Article/program/Java/hx/201311/26807