Java基础：浅析Java抽象类和接口的比较

abstract class 和interface 是JAVA 语言中对于抽象类定义进行支持的两种机制，
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。本文将对它们之间的区别进行一番剖
析，试图给开发者提供一个在二者之间进行选择的依据。
理解抽象类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，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。
下面从三个方面进行比较：
一、从语法定义层面看abstract class 和interface
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abstarct 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。某种意义讲，interface 是一种特殊形式的abstract class。
二、从编程层面看abstract class 和interface
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。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、从设计理念层面看abstract class 和interface
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，abstarct 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
Priciple），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。我们将来分析、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()；
}i
nterface Alarm {
void alarm();
}
class AlarmDoor 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。
结论：abstract class 和Interface 是JAVA 语言中的两种定义抽象类的方式，它们
之间有很大的相似性。但是对于它们的选择却又往往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，因为它们表现了概念间的不同的关系
（虽然都能够实现需求的功能）。
Interface 将abstract 的概念作了更进一步的发挥。你可以想像Interface 是“纯粹”的
abstract class，只可以包含抽象方法，也包括一些常量的定义，丝毫不带半点实现细节，它只
提供接口，可以有数据成员，默认是、同时也必须是static & final 型，可以通过Interface
name 直接访问。Interface 可以实现Java 的多重继承，而abstract class 不能。abstract
class 和Interface 中都可以没有抽象方法，当然，此刻，abstract class 和Interface，也就失
去了abstract 的抽象意义。
通常我们所讲的abstract class，至少包含了一个抽象方法，这个方法默认是
protected 型，而Interface 也至少定义了一个抽象方法。abstract class 中也可以包含已经实现
了的方法。abstract class 可以extends 另一个abstract class 或者implements 一个或者多个
Interface，而Interface 只能extends 一个Interface。abstract class 可以不去实现任何父类或
者Interface 定义的抽象方法（但这些抽象方法终归是要被全部实现的）；相反的，非
abstract class 继承abstract class 或者implements Interface 时，必须显式实现abstract class
和Interface 中已定义的所有的抽象方法。
一个小例子：
public interface MyFace {
public String name = "Andy Kwan";//Interface 中默认是static & final 型
public static final String about = "Abstract class & Interface";
public abstract void goHome();
public void work();//Interface 中默认是abstract 型
}
abstract class MyAbs implements MyFace {
String brithday = "1984/06/25";
String greetings = "Hello World!";
abstract void run();
//在抽象类中实现MyFace 的goHome()方法，它的子类将来则不必显式实现此方法
public void goHome() {
System.out.println(MyFace.name);
}
}
public class MyTest extends MyAbs {
public static void main(String[] args) {
MyTest mt = new MyTest();
System.out.println(mt.greetings);
mt.goHome();
mt.run();
System.out.println(MyFace.about);//直接访问Interface 中的成员数据
}
//这里实现abstract class 的run()方法是必须的
public void run(){
System.out.println(super.brithday);
}
public void go(){};
public void work(){};//这里实现Interface 的work()方法是必须的
}