抽象类和接口经常在面试中被拿来对比，面试官通常要求你讲出二者的区别，由此我们往往会将注意力都集中在区别之中，而对这两个概念为什么出现，面向对象为什么会设计这两个概念认知的深度其实不够，我之前的一篇Blog：【Java SE基础 四】封装、继承、多态，里面从粗浅的角度提到了一些区别和联系，今天再次深入的厘清接口和抽象类为什么会有，分别应该在什么场景下使用。

接口和抽象类定义

面向对象编程中，抽象类和接口是两个经常被用到的语法概念，是面向对象四大特性，以及很多设计模式、设计思想、设计原则编程实现的基础。比如，我们可以使用接口来实现面向对象的抽象特性、多态特性和基于接口而非实现的设计原则，使用抽象类来实现面向对象的继承特性、抽象特性和模板设计模式

什么是抽象类

下面这段代码是一个比较典型的抽象类的使用场景（模板设计模式）。Logger 是一个记录日志的抽象类，FileLogger 和 MessageQueueLogger 继承 Logger，分别实现两种不同的日志记录方式：记录日志到文件中和记录日志到消息队列中。FileLogger 和 MessageQueueLogger 两个子类复用了父类 Logger 中的 name、enabled、minPermittedLevel 属性和 log() 方法，但因为这两个子类写日志的方式不同，它们又各自重写了父类中的 doLog() 方法

// 抽象类
public abstract class Logger {
  private String name;
  private boolean enabled;
  private Level minPermittedLevel;
  public Logger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel) {
    this.name = name;
    this.enabled = enabled;
    this.minPermittedLevel = minPermittedLevel;
  }
  public void log(Level level, String message) {
    boolean loggable = enabled && (minPermittedLevel.intValue() <= level.intValue());
    if (!loggable) return;
    doLog(level, message);
  }
  protected abstract void doLog(Level level, String message);
}
// 抽象类的子类：输出日志到文件
public class FileLogger extends Logger {
  private Writer fileWriter;
  public FileLogger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel, String filepath) {
    super(name, enabled, minPermittedLevel);
    this.fileWriter = new FileWriter(filepath); 
  }
  @Override
  public void doLog(Level level, String mesage) {
    // 格式化level和message,输出到日志文件
    fileWriter.write(...);
  }
}
// 抽象类的子类: 输出日志到消息中间件(比如kafka)
public class MessageQueueLogger extends Logger {
  private MessageQueueClient msgQueueClient;
  public MessageQueueLogger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel, MessageQueueClient msgQueueClient) {
    super(name, enabled, minPermittedLevel);
    this.msgQueueClient = msgQueueClient;
  }
  @Override
  protected void doLog(Level level, String mesage) {
    // 格式化level和message,输出到消息中间件
    msgQueueClient.send(...);
  }
}

通过上面的这个例子，我们来看一下，抽象类具有哪些特性。

• 抽象类不允许被实例化，只能被继承。也就是说，你不能 new 一个抽象类的对象出来（Logger logger = new Logger(...); 会报编译错误）
• 抽象类可以包含属性和方法。方法既可以包含代码实现（比如 Logger 中的 log() 方法），也可以不包含代码实现（比如 Logger 中的 doLog() 方法）。不包含代码实现的方法叫作抽象方法。
• 非抽象子类继承抽象类，必须实现抽象类中的所有抽象方法。对应到例子代码中就是，所有继承 Logger 抽象类的子类，都必须重写 doLog() 方法。

以上是抽象类的核心特性，具体的一些修饰符设置可以参照之前的这篇blog：【Java SE基础 四】封装、继承、多态

什么是接口

再举一个例子，我们通过 Java 中的 interface 关键字定义一个 Filter 接口。AuthencationFilter 和 RateLimitFilter 是接口的两个实现类，分别实现了对 RPC 请求鉴权和限流的过滤功能

// 接口
public interface Filter {
  void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException;
}
// 接口实现类：鉴权过滤器
public class AuthencationFilter implements Filter {
  @Override
  public void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {
    //...鉴权逻辑..
  }
}
// 接口实现类：限流过滤器
public class RateLimitFilter implements Filter {
  @Override
  public void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {
    //...限流逻辑...
  }
}
// 过滤器使用Demo
public class Application {
  // filters.add(new AuthencationFilter());
  // filters.add(new RateLimitFilter());
  private List<Filter> filters = new ArrayList<>();
  public void handleRpcRequest(RpcRequest req) {
    try {
      for (Filter filter : filters) {
        filter.doFilter(req);
      }
    } catch(RpcException e) {
      // ...处理过滤结果...
    }
    // ...省略其他处理逻辑...
  }
}

这里也总结一下接口的三个核心特性：

• 接口不能包含属性（也就是成员变量），只能有类变量public static final，但一般也不使用
• 接口只能声明方法，方法不能包含代码实现。即使1.8之后有默认方法default，但也并非接口设计的本意，只是为了兼容考虑
• 类实现接口的时候，必须实现接口中声明的所有方法。

那么接口和抽象类的区别是什么呢？

抽象类和接口的区别

接口和抽象类的区别语法层面上可以参照：【Java SE基础 四】封装、继承、多态，这里想说的重点是从它们产生的设计角度来看：抽象类实际上就是类，只不过是一种特殊的类，这种类不能被实例化为对象，只能被子类继承。我们知道，继承关系是一种 is-a 的关系，那抽象类既然属于类，也表示一种 is-a 的关系。相对于抽象类的 is-a 关系来说，接口表示一种 has-a 关系，表示具有某些功能。对于接口，有一个更加形象的叫法，那就是协议（contract），这个层面的区分才是接口和抽象类的本质区别

抽象类和接口存在的意义

我们追更溯源，从它们存在的意义来探究。

为什么需要抽象类

我们先来看看如果没有抽象类用普通类实现Logger会有什么问题，我们不再把doLog方法定义为抽象方法，而是一个空实现的成员方法。这样依然可以实现代码复用和多态特性

public class Logger {
  // ...省略部分代码...
  public void doLog(Level level, String mesage) { // do nothing... }
}
public class FileLogger extends Logger {
  // ...省略部分代码...
  @Override  public void doLog(Level level, String mesage) {  
    // 格式化level和message,输出到日志文件    fileWriter.write(...);  }
  }
public class MessageQueueLogger extends Logger {
  // ...省略部分代码...
   @Override  protected void doLog(Level level, String mesage) { 
   // 格式化level和message,输出到消息中间件    msgQueueClient.send(...);  }
}

但是存在以下问题：

• 在 Logger 中定义一个空的方法，会影响代码的可读性。如果我们不熟悉 Logger 背后的设计思想，代码注释又不怎么给力，我们在阅读 Logger 代码的时候，就可能对为什么定义一个空的 doLog() 方法而感到疑惑，需要查看 Logger、FileLogger、MessageQueueLogger 之间的继承关系，才能弄明白其设计意图。
• 当创建一个新的子类继承 Logger 父类的时候，我们有可能会忘记重新实现 doLog() 方法。之前基于抽象类的设计思路，编译器会强制要求子类重写 doLog() 方法，否则会报编译错误。你可能会说，我既然要定义一个新的 Logger 子类，怎么会忘记重新实现 log() 方法呢？我们举的例子比较简单，Logger 中的方法不多，代码行数也很少。但是，如果 Logger 有几百行，有 n 多方法，除非你对 Logger 的设计非常熟悉，否则忘记重新实现 log() 方法，也不是不可能的。
• Logger 可以被实例化，换句话说，我们可以 new 一个 Logger 出来，并且调用空的 doLog() 方法。这也增加了类被误用的风险。当然，这个问题可以通过设置私有的构造函数的方式来解决。不过，显然没有通过抽象类来的优雅。

基于以上原因，抽象类其实是有区别与普通类它独特的作用的，去掉无意义的方法实现、优雅的实现多态，以及保留继承的代码复用能力。总的来说抽象类是一种特殊的类，所以类具备的特性它都具备，这个就不详细展开，我们为什么要设计抽象类呢？结合抽象类的特性，它必须被子类继承才能实例化，所以要想使用抽象类一定会用到继承的特性，也就是解决代码复用的问题；子类要想实例化必须实现抽象方法，这样其实就起到一个强制子类都实现抽象方法的作用，如果某个类想管理强制所有子类都实现某个方法，那么这个类定义成抽象类，方法定义为抽象方法就能很方便的起到这个强制实现的作用，防止编写子类代码时忘记实现这个方法，而且还顺便实现了多态的特性。

为什么需要接口

抽象类更多的是为了代码复用，而接口就更侧重于解耦。接口是对行为的一种抽象，相当于一组协议或者契约，你可以联想类比一下 API 接口。调用者只需要关注抽象的接口，不需要了解具体的实现，具体的实现代码对调用者透明。接口实现了约定和实现相分离，可以降低代码间的耦合性，提高代码的可扩展性

抽象类和接口的应用场景

在要优雅实现多态的前提下，如果要表示一种 is-a 的关系，并且是为了解决代码复用问题，我们就用抽象类；如果要表示一种 has-a 关系，并且是为了解决抽象而非代码复用问题，那我们就用接口

总结一下

抽象类是对成员变量和方法的抽象，是一种 is-a 关系，是为了解决代码复用问题。接口仅仅是对方法的抽象，是一种 has-a 关系，表示具有某一组行为特性，是为了解决解耦问题，隔离接口和具体的实现，提高代码的扩展性。如果要表示一种 is-a 的关系，并且是为了解决代码复用问题，我们就用抽象类；如果要表示一种 has-a 关系，并且是为了解决抽象而非代码复用问题，那我们就用接口。总的来看，抽象类更像是介于普通类和接口直接，既可以代码复用，又可以优雅的实现多态。