Java接口Interface与抽象类Abstract Class

一. 面向接口编程

      在一个面向对象的系统中，系统的各种功能是由许许多多的不同对象协作完成的。在这种情况下，各个对象内部是如何实现自己的对系统设计人员来讲就不 那么重要了；而各个对象之间的协作关系则成为系统设计的关键。小到不同类之间的通信，大到各模块之间的交互，在系统设计之初都是要着重考虑的，这也是系统 设计的主要工作内容。面向接口编程我想就是指按照这种思想来编程吧！实际上，在日常工作中，你已经按照接口编程了，只不过如果你没有这方面的意识，那么你 只是在被动的实现这一思想；表现在频繁的抱怨别人改的代码影响了你（接口没有设计到），表现在某个模块的改动引起其他模块的大规模调整（模块接口没有很好 的设计）等等。
      Booch先生那天谈到Interaction Designer，它就是指做这类设计的人，只不过层次更高一些。我想目前我们的软件设计队伍中，这类人是最缺乏的人才之一。
      非接口编程是不是就是面向过程的编程思想？
      1.关于接口的理解
      接口从更深层次的理解，应是定义（规范，约束）与实现（名实分离的原则）的分离。我们在一般实现一个系统的时候，通常是将定义与实现合为一体，不加分离的。实际上，系统设计规范应是所有的定义与实现分离，尽管这可能对系统中的某些情况有点繁烦。
      接口的本身反映了系统设计人员对系统的抽象理解。
      接口应有两类：第一类是对一个体的抽象，它可对应为一个抽象体(abstract class)；第二类是对一个体某一方面的抽象，即形成一个抽象面（interface）。 一个体有可能有多个抽象面，抽象体与抽象面是有区别的。
       2.设计接口的另一个不可忽视的因素是接口所处的环境(context,environment)
       系统论的观点：环境是系统要素所处的空间 与外部影响因素的总和。任何接口都是在一定的环境中产生的。因此环境的定义及环境的变化对接口的影响是不容忽视的，脱离原先的环境，所有的接口将失去原有 的意义。
       3.按照组件的开发模型（3C），它们三者相辅相成，各司一面，浑然一体，缺一不可
       面向对象是指，我们考虑问题时，以对象为单位，考虑它的属性及方法；面向过程是指，我们考虑问题时，以一个具体的流程（事务过程）为单位，考虑它的实现；接口设计与非接口设计是针对复用技术而言的，与面向对象（过程）不是一个问题。
        UML里面所说的interface是协议的另一种说法，并不是指COM的interface，CORBA的interface，Java的 interface，Delphi的interface，人机界面的interface或NIC的interface。
        在具体实现中，是可以把UML的interface实现为语言的interface，分布式对象环境的interface或其它什么 interface，但就理解UML的interface而言，指的是系统每部分的实现和实现之间，通过interface所确定的协议来共同工作。
        面向interface编程，原意是指面向抽象协议编程，实现者在实现时要严格按协议来办。也就是BillJoy同志说的，一边 翻rfc，一边写代码的意思。面向对象编程是指面向抽象和具象。抽象和具象是矛盾的统一体，不可能只有抽象没有具象。一般懂得抽象的人都明白这个道理。 但有的人只知具象却不知抽象为何物。所以只有interface没有实现，或只有实现而没有interface者是没有用的，反OO的。
二.选择Java接口还是抽象类
       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？
      1.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。

     2.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的Java代码：

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

     行为2的Java代码：

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

     行为3的Java代码：

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。

三. 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。
       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。