The choise between Interface and Abstract Class

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。