2.4　接口和抽象类的区别

小A：“在Java语言中， abstract class 和interface 是支持抽象类定义的两种机制。那抽象类和接口有什么区别啊？”

大B：“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。”

大B：“那你先来理解一下抽象类。”

小A心想师兄怎么问我这么简单的问题。“abstract class和interface在Java语言中都是用来进行抽象类定义的。”

大B：“那么什么是抽象类，使用抽象类能为我们带来什么好处呢？”

小A：“好处？”

大B：“嗯哼，对，好处。说说看？”

小A：“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。”

大B：“嗯。不错。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。”

小A：“师兄，你这样一讲，我就不是很懂了。”

大B：“没关系，我跟你举个例子先，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();
…
}

大B：“你要知道，在abstract class方式中，Demo可以有自己的数据成员，也可以有非abstract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。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。”

小A：“那它都有哪些区别呢？”这回小A可是不敢再把抽象型模式当是个简单的问题了。

大B：“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（因为Java不支持多继承 -- 转注）。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。”

小A：“嗯，好。下次我遇到abstract class和interface时我一定会特别小心选择的。”

大B其实一开始是看到小A对抽象类和接口的区别不是很看重，也看到他对它们是有一定的理解，但是他还是想挫挫小A的锐气。好让他知道学习编程可是重重要认真，就像做事一样，不得马虎。

大B：“刚才我跟你讲了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。”

大B：“来，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();
}

大B：“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。”

小A：“我们该如何设计针对该例子的类结构呢？”

大B：“可以在Door的定义中增加一个alarm方法。”

在Door的定义中增加一个alarm方法

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

或者

interface Door{
void open（）；
void close();
void alarm();
}

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(){…}
｝

大B：“你觉得这样做行得通吗？”

小A：“起码我是这样认为的！”

大B：“好，有自信。不错！但是，我还是得和你讲讲你这样做错在哪里了。你这种方法违反了面向对象设计中的一个核心原则 ISP (Interface Segregation Principle)，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。”

小A这回可是真的“受伤“了，诚心地向师兄请教：“师兄，那你认为应该怎么做会比较好哩？请诣教。”

大B：“呵呵。孺子可教也！好。我跟你讲讲。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。”

小A还是似懂非懂的样子。大B接着说：

“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 Alarm Door extends Door implements Alarm{
void open(){…}
void close(){…}
void alarm(){…}
}

大B：“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。”

小A：“这回我是明白了。”

大B还是不是很放心，接着说：“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，这样吧，我把我刚才讲的都总结成几点，你记得时候方便一点，也记得牢一点。1、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。2、在abstract class中可以有自己的数据成员，也可以有非abstarct的成员方法，而在interface中，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。3、abstract class和interface所反映出的设计理念不同。其实abstract class表示的是‘is-a’关系，interface表示的是"like-a"关系。4、实现抽象类和接口的类必须实现其中的所有方法。抽象类中可以有非抽象方法。接口中则不能有实现方法。5、接口中定义的变量默认是public static final 型，且必须给其初值，所以实现类中不能重新定义，也不能改变其值。6、抽象类中的变量默认是friendly 型，其值可以在子类中重新定义，也可以重新赋值。 7、接口中的方法默认都是public,abstract 类型的。”

小A：“我把这些都记下来，回去一定好好记住它！” TcqzOCFGJHPb0xMjNG7WMazaK6FnzYBQ7g+dfBif5/8Lgxmz3eU+Z5RBgEqr3Lg7