Java Abstract class and Interface

（一）概述
    在Java语言中， abstract class 和interface 是支持抽象类定义的两种机制。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。

　　abstract class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abstract class

翻译而来，它表示的是一个抽象体，而abstract class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（把类具体化），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。好比，动物是一个抽象类，人、猴子、老虎就是具体实现的派生类，我们就可以

用动物类型来隐藏人、猴子和老虎的类型。

（二）从语法定义来分析

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 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。

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。

（三）从设计理念层面分析

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，abstract 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。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 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。

　　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 Alarm Door 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。

（四）abstract class总结

    1.abstract class通常含有一个或多个抽象方法，抽象方法不提供实现；包含抽象方法的类必须声明为抽象类abstract class；abstract

class的所有具体子类都必须为超类提供具体实现；子类如果没有实现超类的抽象方法，则会产生编译错误，除非子类也声明为abstract。

    2.abstract class声明了类层次结构中各个类的共同属性和行为；由于不能继承构造函数，因此构造函数不能声明为抽象方法；尽管不能

实例化抽象类的对象，但是能够声明抽象类型的变量，这种变量可用于引用子类的对象

（五）interface总结

    1.接口以interface开始，并包含一组默认为是public的抽象方法，接口可以包含变量，默认为static final的，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；实现接口必须实现其中的所有方法，接口中不能有实现方法，所有的成员方法都是abstract的。

    2.如果一个类没有实现任何接口方法，则它是抽象类，并且必须以关键字abstract声明该类；实现一个接口如同与编译器达成一个协议，

“我将声明该接口制定的所有方法”。

（六）小结

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.接口一般用于在抽象类中没有可供继承的默认实现时（即没有实例变量和默认方法实现）代替该类。
    
    5.abstract class是另一种契约形式,是设计对实现的要求；而接口是服务器对客户端的要求。
    
    6.abstract class是一个基类，不能被实例化；接口是个声明，每个对应接口的类都要实现方法。

   7. 一个子类如果implements一个接口，就必须实现接口中的所有方法（不管是否需要）；如果是继承一个抽象类，只需要实现需要的方法

即可，这是抽象类的一个优点

   8. 如果一个接口中定义的方法名改变了，那么所有实现此接口的子类显然将无法通过编译，因为它们所实现的方法名已经不存在了，这是

接口的一个缺点；而抽象类中如果有个非抽象方法改了，就不存在这个问题，只是为子类添加了一个新的方法。

  9. 看前面两点，似乎抽象类要比接口有着更多的优点，但它却有着一个难以弥补的缺点：就是一个子类只能有一个父类。A extends B 。

这样A就拥有了B的所有方法和功能，但当A还想拥有C的功能的时候。就不能通过 A extends C 来实现，而需要走一些弯路。目前系统架构

的趋势就是由针对抽象（借口，抽象类）而不是具体编程，并且将功能尽可能的细分。这就需要通过实现多个接口的方式来实现，显然，抽

象类无法提供这样的功能。从系统重构的角度来说，一个具体类抽象出接口是十分方便的。只需要写一个接口，里面定义具体类的所有方法，

然后在为这个具体类implement这个接口就可以了。而抽象类就要复杂的多，比如说 B extends A , C extends B 如果想要为c抽象出一个抽象

类D的话，就需要找到它的最顶层A来从头做起,因为无法做到C extends D 

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 本文转自茄子_2008博客园博客，原文链接：http://www.cnblogs.com/xd502djj/archive/2011/07/13/2105235.html，如需转载请自行联系原作者。