面向接口编程（选择Java接口还是抽象类）

面向接口编程（选择Java接口还是抽象类）

博客分类： 
• 设计模式

编程Java软件测试设计模式领域模型

     很多人有过这样的疑问：为什么有的地方必须使用接口而不是抽象类，而在另一些地方，又必须使用抽象类而不是接口呢？或者说，在考虑Java类的一般化问题时，很多人会在接口和抽象类之间犹豫不决，甚至随便选择一种。
　　实际上接口和抽象类的选择不是随心所欲的。要理解接口和抽象类的选择原则，有两个概念很重要：对象的行为和对象的实现。如果一个实体可以有多种实现方式，则在设计实体行为的描述方式时，应当达到这样一个目标：在使用实体的时候，无需详细了解实体行为的实现方式。也就是说，要把对象的行为和对象的实现分离开来。既然Java的接口和抽象类都可以定义不提供具体实现的方法，在分离对象的行为和对象的实现时，到底应该使用接口还是使用抽象类呢？

 

      通过抽象类建立行为模型

 

      在接口和抽象类的选择上，必须遵守这样一个原则：行为模型应该总是通过接口而不是抽象类定义。为了说明其原因，下面试着通过抽象类建立行为模型，看看会出现什么问题。 
　　假设要为销售部门设计一个软件，这个软件包含一个“发动机”（Motor）实体。显然无法在发动机对象中详细地描述发动机的方方面面，只能描述某些对当前软件来说重要的特征。至于发动机的哪些特征是重要的，则要与用户（销售部门）交流才能确定。 
　　销售部门的人要求每一个发动机都有一个称为马力的参数。对于他们来说，这是惟一值得关心的参数。基于这一判断，可以把发动机的行为定义为以下行为。
　　行为1：查询发动机的马力，发动机将返回一个表示马力的整数。 
　　虽然现在还不清楚发动机如何取得马力这个参数，但可以肯定发动机一定支持这个行为，而且这是所有发动机惟一值得关注的行为特征。这个行为特征既可以用接口定义，也可以用抽象类定义。为了说明用抽象类定义可能出现的问题，下面用抽象类建立发动机的行为模型，并用Java方法描述行为1，代码如下：

public abstract Motor{
      abstract public int getHorsepower();
}

 
      在Motor抽象类的基础上构造出多种具体实现，例如A型发动机、B型发动机等，再加上系统的其它部分，最后得到1.0版的软件并交付使用。一段时间过去了，现在要设计2.0版的软件。在评估2.0版软件需求的过程中，发现一小部分发动机是电池驱动的，而电池需要一定的充电时间。销售部门的人希望能够通过计算机查阅充电时间。根据这一要求定义一个新的行为，如图1所示。
　　行为2：查询电驱动发动机的充电时间，发动机将返回一个表示充电时间的整数。 
　　用Java方法来描述这个行为，代码如下：

public abstract BatteryPoweredMotor extends Motor{
      abstract public int getTimeToRecharge();
}

      在销售部门的软件中，电驱动发动机也以类的形式实现，但这些类从BatteryPoweredMotor而不是Motor派生。这些改动加入到2.0版软件之后，销售部门很满意。随着业务的不断发展，不久之后光驱动的发动机出现了。销售部门要求光驱动发动机需要一定光能才能运转，光能以流明（Lumen）度量。这个信息对客户很重要，因为下雨或多云的天气里，某些光驱动发动机可能无法运转。销售部门要求为软件增加对光驱动发动机的支持，所以要定义一个新的行为。
　　行为3：查询光驱动发动机能够正常运转所需要的最小流明数，发动机返回一个整数。 
　　再定义一个抽象类并把行为3转换成Java方法，代码如下：

public abstract SolarPoweredMotor extends Motor{
         abstract public int getLumensToOperate();
}

 
 　如图1所示，SolarPoweredMotor和BatteryPoweredMotor都从Motor抽象类派生。在整个软件中，90％以上的代码以相同的方式对待所有的发动机。偶尔需要检查一下发动机是光驱动还是电驱动，使用instanceof实现，代码如下：

if (instanceof SolarPoweredMotor){...}
     if (instanceof BatteryPoweredMotor){...}

 
 　无论是哪种发动机，马力这个参数都很重要，所以在所有派生的抽象类（SolarPoweredMotor和BatteryPoweredMotor）中，getHorsepower()方法都有效。
　　现在销售部门又有了一种新的发动机，它是一种既有电驱动又有光驱动的双重驱动发动机。光驱动和电驱动的行为本身没有变化，但新的发动机同时支持两种行为。在考虑如何定义新型的光电驱动发动机时，接口和抽象类的差别开始显示出来了。新的目标是在增加新型发动机的前提下尽量少改动代码。因为与光驱动发动机、电驱动发动机有关的代码已经过全面的测试，不存在已知的Bug。为了增加光电驱动发动机，要定义一个新的SolarBatteryPowered抽象类。如果让SolarBatteryPowered从Motor抽象类派生，SolarBatteryPowered将不支持针对光驱动发动机和电驱动发动机的instanceof操作。也就是说，如果查询一个光电驱动的发动机是光驱动的，还是电驱动的，得到的答案是：都不是。 
　　如果让SolarBatteryPowered从SolarPoweredMotor（或BatteryPoweredMotor）抽象类派生，类似的问题也会出现，SolarBatteryPowered将不支持针对BatteryPoweredMotor（或SolarPoweredMotor）的instanceof操作。从行为上看，光电驱动的发动机必须同时从两个抽象类派生，但Java语言不允许多重继承。之所以会出现这个问题，根本的原因在于使用抽象类不仅意味着定义特定的行为，而且意味着定义实现的模式。也就是说，应该定义一个发动机如何获得行为的模型，而不仅仅是声明发动机具有某一个行为。

通过接口建立行为模型

      如果用接口来建立行为模型，就可以避免隐含地规定实现模式。例如，前面的几个行为改用接口定义如下。 
 行为1：

public interface Motor(){
       public int getHorsepower();
}

 

 行为2：

public interface BatteryPoweredMotor extends Motor(){
         public int getTimeToRecharge();
}

 

 行为3：

public interface SolarPoweredMotor extends Motor{
          abstract public int getLumensToOperate();
 }

 

 现在光电驱动的发动机可以描述为：

public DualPoweredMotor implements SolarPoweredMotor, BatteryPoweredMotor{}

 
 　      DualPoweredMotor只继承行为定义，而不是行为的实现模式，如图2所示。

　　在使用接口的同时仍旧可以使用抽象类，不过这时抽象类的作用是实现行为，而不是定义行为。只要实现行为的类遵从接口定义，即使它改变了父抽象类，也不用改变其它代码与之交互的方式。特别是对于公用的实现代码，抽象类有它的优点。抽象类能够保证实现的层次关系，避免代码重复。然而，即使在使用抽象类的场合，也不要忽视通过接口定义行为模型的原则。从实践的角度来看，如果依赖于抽象类来定义行为，往往导致过于复杂的继承关系，而通过接口定义行为能够更有效地分离行为与实现，为代码的维护和修改带来方便。(总结：抽象类可以定义成用来实现行为，接口用来定义行为)

Java接口特性学习
在Java中看到接口，第一个想到的可能就是C++中的多重继承和Java中的另外一个关键字abstract。从另外一个角度实现多重继承是接口的功能之一，接口的存在可以使Java中的对象可以向上转型为多个基类型，并且和抽象类一样可以防止他人创建该类的对象，因为接口不允许创建对象。

 interface关键字用来声明一个接口，它可以产生一个完全抽象的类，并且不提供任何具体实现。interface的特性整理如下：

1.        接口中的方法可以有参数列表和返回类型，但不能有任何方法体。
2.        接口中可以包含字段，但是会被隐式的声明为static和final。
3.        接口中的字段只是被存储在该接口的静态存储区域内，而不属于该接口。
4.        接口中的方法可以被声明为public或不声明，但结果都会按照public类型处理。

         （方法默认public）
5.        当实现一个接口时，需要将被定义的方法声明为public类型的，否则为默认访问类型，Java编译器不允许这种情况。
6.        如果没有实现接口中所有方法，那么创建的仍然是一个接口。
7.        扩展一个接口来生成新的接口应使用关键字extends，实现一个接口使用implements。

interface在某些地方和abstract有相似的地方，但是采用哪种方式来声明类主要参照以下两点：
1. 如果要创建不带任何方法定义和成员变量的基类，那么就应该选择接口而不是抽象类。
2. 如果知道某个类应该是基类，那么第一个选择的应该是让它成为一个接口，只有在必须要有方法定义和成员变量的时候，才应该选择抽象类。因为抽象类中允许存在一个或多个被具体实现的方法，只要方法没有被全部实现该类就仍是抽象类。
以上就是接口的基本特性和应用的领域，但是接口绝不仅仅如此，在Java语法结构中，接口可以被嵌套，既可以被某个类嵌套，也可以被接口嵌套。这在实际开发中可能应用的不多，但也是它的特性之一。需要注意的是，在实现某个接口时，并不需要实现嵌套在其内部的任何接口，而且，private接口不能在定义它的类之外被实现。