深刻理解 抽象类与接口之间的区别

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1. <span style="font-size:24px;">抽象类与接口的区别   
2.   
3. 　　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。  
4. 　　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。  
5. 　　一、理解抽象类  
6. 　　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？  
7. 　　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。  
8. 　　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。  
9. 　　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。模块可 以操作一个抽象体。由于模块依赖于一个固定的抽象体，因此它可以是不允许修改的；同时，通过从这个抽象体派生，也可扩展此模块的行为功能。熟悉OCP的读 者一定知道，为了能够实现面向对象设计的一个最核心的原则OCP(Open-Closed Principle)，抽象类是其中的关键所在。  
10. 　　二、从语法定义层面看abstract class和interface  
11. 　　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：  
12. java 代码  
13. abstract class Demo ｛   
14.   
15. abstract void method1();    
16.   
17. abstract void method2();    
18.   
19. …   
20.   
21. ｝   
22. 　　使用interface的方式定义Demo抽象类的方式如下：  
23. java 代码  
24. interface Demo {   
25.   
26. void method1();    
27.   
28. void method2();    
29.   
30. …   
31.   
32. }   
33. 　　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。从某种意义上说，interface是一种特殊 形式的abstract class。  
34. 　　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。  
35. 　　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。  
36. 　　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。  
37. 　　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。  
38. 　　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。  
39. 　　三、从设计理念层面看abstract class和interface  
40. 　　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。本文将从另一个层面：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。  
41. 　　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。  
42. 　　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：  
43. 　　使用abstract class方式定义Door：  
44. java 代码  
45. abstract class Door {   
46.   
47. abstract void open();    
48.   
49. abstract void close()；    
50.   
51. }   
52. 　　使用interface方式定义Door：  
53. java 代码  
54. interface Door {   
55.   
56. void open();    
57.   
58. void close();    
59.   
60. }   
61. 　　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。  
62. 　　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。  
63. 　　解决方案一：  
64. 　　简单的在Door的定义中增加一个alarm方法，如下：  
65. java 代码  
66. 　　或者  
67. java 代码  
68. interface Door {   
69.   
70. void open();    
71.   
72. void close();    
73.   
74. void alarm();    
75.   
76. }   
77. 　　那么具有报警功能的AlarmDoor的定义方式如下：  
78. java 代码  
79. class AlarmDoor extends Door {   
80.   
81. void open() { … }    
82.   
83. void close() { … }    
84.   
85. void alarm() { … }    
86.   
87. }   
88. 　　或者  
89. java 代码  
90. class AlarmDoor implements Door ｛   
91.   
92. void open() { … }    
93.   
94. void close() { … }    
95.   
96. void alarm() { … }    
97.   
98. ｝   
99. 　　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。  
100. 　　解决方案二：  
101. 　　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。  
102. 　　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。  
103. 　　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：  
104. 　　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？  
105. 　　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。  
106. 　　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：  
107. java 代码  
108. abstract class Door {   
109.   
110. abstract void open();    
111.   
112. abstract void close()；    
113.   
114. }   
115. java 代码  
116. interface Alarm {   
117.   
118. void alarm();    
119.   
120. }   
121. java 代码  
122. class AlarmDoor extends Door implements Alarm {   
123.   
124. void open() { … }    
125.   
126. void close() { … }    
127.   
128. void alarm() { … }    
129.   
130. }   
131. 　　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。  
132. 　　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）。这其实也是语言的一种的惯用法。  
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