如何理解Java8中的接口和抽象類


本文結合Java8,重新整理了接口和抽象類的區(qū)別,以及如何理解接口的設計目的。
并且分析了Java8的接口新特性:default method 和 static method

前言

在Java中,提供了兩種方式來實現(xiàn)OOP的抽象。接口抽象類
在程序設計的時候,通常建議實現(xiàn)接口要優(yōu)于類繼承。也就是盡量面向組合編程。
所以在很多時候,我們需要對接口和抽象類之間做出比較和選擇。

本文主要講了以下幾點:

  1. 接口和抽象類的設計理念
  2. 接口和抽象類的異同
  3. Java8中接口的新特性
  4. Java9接口 private method前瞻



設計理念

接口

接口的設計主要是為了支持運行時動態(tài)方法解析。
由于動態(tài)方法解析都是是需要別的類去實現(xiàn)或重寫,所以接口的使用并不需要創(chuàng)建自己的實例,因此為了保證單一工作而廢除了構造器。當用戶執(zhí)行某個接口方法時,只需要用接口引用去指向對應的一個實現(xiàn)類即可達到動態(tài)方法的目的。

接口被設計為支持運行時動態(tài)方法解析。通常情況下,為了能夠從一個類中調用另外一個類的方法,在編譯時這兩個類都需要存在,進而使Java編譯器能夠進行檢查以確保方法簽名是兼容的。這個要求本身造成了一個靜態(tài)的并且是不可擴展的類系統(tǒng)。
對于這類系統(tǒng),在類層次中,功能不可避免地被堆積得越來越高,導致整個機制中的子類越來越多。
設計接口的目的就是為了避免這個問題。接口斷開了一個方法或一系列方法的定義與繼承層次之間的關聯(lián)。由于接口在不同的類層次中,因此就類層次而言,不相關的類可以實現(xiàn)相同的接口。這是接口的功能所在。
——摘自《Java8編程參考官方教程》


抽象類

抽象方法必須用 abstract 關鍵字修飾,如果一個類含有抽象方法,那么這個類就是抽象類,類也必須用 abstract 關鍵字來修飾。由于抽象類有未實現(xiàn)的方法,所以抽象類無法被實例化。(但是可以有構造器)

在一個沒有良好設計的項目中,可以不存在任何抽象類。塔本來就不是一個必須要存在的東西。但當開發(fā)者特別注意代碼的質量與架構設計,希望盡量少的向下級用戶暴露封裝好的信息時,抽象類就起到了獨一無二的作用。

本質上,抽象類的設計主要是保護一個類不被實例化,或者允許一個類包含未實現(xiàn)的抽象方法。而接口的設計主要是為了多態(tài)。

為什么應該選擇接口實現(xiàn)多態(tài)

舉個栗子,任何一個類,都可以寫一個close()方法,讓內部或者外部來調用這個方法,而不用實現(xiàn)Closeable接口。
什么時候調用方要調用close()方法?只有當調用者根本不知道調用的具體是什么類,而只知道調用是一個Closeable的close()方法時,也就是說,在多態(tài)的情況下。

一個抽象類或者父類引用,同樣可以代表不同的子類。但是這里存在兩個問題:
1)需要被多態(tài)調用的子類,必須是這個家族譜系的,不能是其他家族的。這在單繼承下,會有很大的限制,屬于強耦合的方式。
這個問題表明必須要有接口,事實上,在Java中,文件級作用域也只能看到class和interface。

2)暴露了過多的東西給調用方,如果指定為Closeable接口,只需要暴露close()方法就可以。從這一點可以看出,接口更適合多態(tài),因為它只暴露了必要的method,符合Java的哲學。



接口和抽象類的相同和區(qū)別

相同點:

1)都可以定義方法和屬性。

2)都可以看做是一種特殊的類,它們被設計出來的目的,就是要讓子類實現(xiàn)其中定義的抽象方法。

3)都可以不含有抽象方法。不含有抽象方法的接口可以作為一個標志(比如可序列化的接口Serializable)。

4)都不能被實例化。

5)實現(xiàn)了接口的類或者繼承了抽象類的子類,都必須實現(xiàn)定義的 抽象方法。如果存在沒有實現(xiàn)的方法,那么該類必須聲明為抽象類。

6)都實現(xiàn)了多態(tài)。通過方法的動態(tài)解析特性,在運行時動態(tài)調用實現(xiàn)類的方法。


不同點:

1)繼承。
接口可以多實現(xiàn),但是接口只能繼承接口。
但是抽象類只能單繼承,但是抽象類可以繼承普通類,也能繼承抽象類。

2)方法。
抽象類方法的訪問修飾符可以是任意的,并且方法可以是抽象的,也可以不是抽象的。
接口定義的方法默認是 public abstract 的(可以不用顯示聲明)
重點:在Java8中,接口新增了default 修飾的默認實現(xiàn)方法,和static 聲明的靜態(tài)方法。這兩種方法不是抽象的。
關于default 方法 和 static 方法,接下來會細講。

3)類變量
抽象類變量可以有任意的變量修飾符。
接口的類變量默認并且強制是 public static final。(可以不用顯式聲明)。實現(xiàn)類可以繼承使用,但不能對接口變量覆蓋。

4)靜態(tài)方法和代碼塊
抽象類可以有靜態(tài)代碼塊,也可以有靜態(tài)方法,靜態(tài)方法訪問修飾符也沒有限制。
接口中不允許有靜態(tài)代碼塊,接口靜態(tài)方法默認并且強制是 public的。并且靜態(tài)方法不能被繼承和實現(xiàn)。

5)構造器
抽象方法可以有構造器。
接口不能有構造器。

6)設計理念
抽象類
對類的抽象。是對同一個類型下共有的特性抽象。是作為一系列子類的模板設計。一般用于定義一系列類的公有功能和操作。而留下抽象方法給子類,去實現(xiàn)子類獨有的特性。
抽象類是一種 自下而上 的設計,先有了子類,然后提取子類公有的特性與行為,構成抽象類。
抽象類與子類是 is-a 關系,父類和派生的子類在概念上是相同的,存在的是父子關系,是一種重耦合。

接口
對行為的抽象。它定義了一種規(guī)范,更多的是輻射類型的設計。一般用于延伸類的行為方式。
接口是一種 自上而下 的設計,先規(guī)定行為方法,然后由類去實現(xiàn)這些行為,就可以成為接口的實現(xiàn)類。
接口與實現(xiàn)類是 like-a 關系,接口與實現(xiàn)類的關系只是定義了行為,本質上并無實質關系,只是契約層面的關系。


總結如下

比較 抽象類 接口
默認方法 抽象類可以有默認的方法實現(xiàn) java 8之前,接口中不存在方法的實現(xiàn).
實現(xiàn)方式 子類使用extends關鍵字來繼承抽象類.如果子類不是抽象類,子類需要提供抽象類中所聲明方法的實現(xiàn). 子類使用implements來實現(xiàn)接口,需要提供接口中所有聲明的實現(xiàn).
構造器 抽象類中可以有構造器, 接口中不能
和正常類區(qū)別 抽象類不能被實例化 接口則是完全不同的類型
訪問修飾符 抽象方法可以有public,protected和default等修飾 接口默認是public,不能使用其他修飾符
多繼承 一個子類只能存在一個父類 一個子類可以存在多個接口
添加新方法 想抽象類中添加新方法,可以提供默認的實現(xiàn),因此可以不修改子類現(xiàn)有的代碼 如果往接口中添加新方法,則子類中需要實現(xiàn)該方法.



Java8 的接口增強

在Java8中,接口增加了兩個新特性:默認方法靜態(tài)方法。

1)默認方法
只能通過接口實現(xiàn)類的對象調用。
Java8允許給接口添加一個非抽象的方法實現(xiàn)。方法使用 default 修飾符修飾,使得接口定義的方法可以有默認實現(xiàn)。
定義了 default 的方法,不需要強制繼承了接口的子類實現(xiàn)。子類不實現(xiàn)的話,直接調用該方法會執(zhí)行接口中定義的默認方法。

Java8接口上的 默認方法 最初的設計目的是讓已存在的接口可以演化——添加新方法,而不需要原本已經實現(xiàn)了該接口的類做任何改變(甚至不需要重新編譯)就可以使用新版本的接口。
不過從Java8的設計主題來看,默認方法 確實是為了配合JDK標準庫的函數(shù)式風格而設計的。通過默認方法,很多JDK里原有的接口都添加了可以接收FunctionalInterface參數(shù)的方法,使它們更便于以函數(shù)風格使用。

但是這樣會出現(xiàn)一個特殊情景,如果一個類繼承了多個接口,并且這些接口都包含統(tǒng)一的默認方法,那么該類就必須顯示使用 @override 實現(xiàn)該方法,否則會編譯報錯。(相當于又引入了多繼承導致的問題——這是在開歷史的倒車啊)

2)靜態(tài)方法
只能通過接口調用。
Java8 中,接口可以使用 static 關鍵字修飾一個方法,并且提供實現(xiàn)。被稱作接口靜態(tài)方法。
靜態(tài)方法默認,并且強制是 public 的。

要說到接口的靜態(tài)方法,我們首先需要回憶一下類的靜態(tài)方法。

靜態(tài)方法屬于類對象,而不是屬于實例對象。雖然靜態(tài)方法可以用實例來調用,但我們更建議用類來調用,也不能重寫。
靜態(tài)方法不能調用實例中的成員變量或者方法,只能調用類的成員變量和靜態(tài)方法。

在我們實際開發(fā)中,我們會有兩種類Utils,和Constants。這兩種類的作用是定義靜態(tài)的工具方法和靜態(tài)常量。這些東西本來不屬于任何一個類,類名在這里其實是起到了命名空間的作用。

但是我們有時候并不希望這些類被實例化,或者說被繼承。那我們就要額外的寫一個私有的構造器,在類上面定義final。

在Java8中,接口提供了靜態(tài)方法,那么使用接口來定義這些東西,就可以作為一個新的思路。(其實在Java8之前,用接口定義常量的思路就已經存在了)



Java9 的 private method改變了什么

在Java9中,接口再次增強,可以實現(xiàn) private methodprivate static method。

其實,這樣的設計思路很簡單。
既然可以寫代碼了,那么是不是有一些共用的代碼需要封裝、又不希望暴露給外部?那就加 private 吧。以前只有抽象方法的時候沒有這個需求。而Java8增加了 static method 和 default method 之后,沒有一起增加這個功能,簡直是設計上的缺失!

在有了這兩個以后,接口和抽象類的區(qū)別,只剩下的構造器,成員變量,以及單繼承。



(如果有什么錯誤或者建議,歡迎留言指出)
(本文內容是對各個知識點的轉載整理,用于個人技術沉淀,以及大家學習交流用)


參考資料:
Java8抽象類與接口的區(qū)別
Java8新特性下接口和抽象類的異同
淺談Java8引入的接口默認方法
知乎——為什么java8接口要擴展default方法
深入理解Java接口和抽象類
Java中接口和抽象類設計理念的差異
Java8新特性,接口的默認方法和靜態(tài)方法

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