對比抽象類別和介面在Java中的區別

在Java語言中， abstract class 和interface 是支援抽象類別定義的兩種機制。正是由於這兩種機制的存在，才賦予了Java強大的 物件導向能力。 abstract class和interface之間在對於抽象類別定義的支援方面具有很大的相似性，甚至可以相互替換，因此許多開發者在進行抽象類別定義時對於abstract class和interface的選擇顯得比較隨意。其實，兩者之間還是有很大的區別的，對於它們的選擇甚至反映出對於問題領域本質的理解、對於設計意圖的理解是否正確、合理。本文將對它們之間的差異進行一番剖析，試圖提供開發者一個在二者之間進行選擇的依據。

理解抽象類別

　　abstract class和interface在Java語言中都是用來進行抽象類別（本文中的抽象類別並非從abstract class翻譯而來，它表示的是一個抽象體，而abstract class為Java語言中用來定義抽象類別的一種方法， 請讀者註意區分）定義的，那麼什麼是抽象類，使用抽象類別能為我們帶來什麼好處呢？

　　在物件導向的概念中，我們知道所有的物件都是透過類別來描繪的，但是反過來卻不是這樣。並不是所有的類別都是用來描繪對象的，如果一個類別中沒有包含足夠的資訊來描繪一個具體的對象，這樣的類別就是抽象類別。抽象類別往往用來表徵我們在對問題領域進行分析、 設計中得出的抽象概念，是對一系列看上去不同，但是本質上相同的具體概念的抽象。例如：如果我們進行一個圖形編輯軟體的開發，就會發現問題領域存在著圓、 三角形這樣一些具體概念，它們是不同的，但是它們又都屬於形狀這樣一個概念，形狀這個概念在問題領域是不存在的，它就是一個抽象概念。正是因為抽象的概念，在問題領域沒有對應的具體概念，所以用以表徵抽象概念的，抽象類別是不能夠實例化的。

　　在物件導向領域，抽象類別主要用來進行型別隱藏。 我們可以建構出一個固定的一組行為的抽象描述，但這組行為卻能夠有任意個可能的具體實現方式。這個抽象描述就是抽象類，而這一組任意個可能的具體實作則表現為所有可能的衍生類別。模組可以操作一個抽象體。由於模組依賴一個固定的抽象體，因此它可以是不允許修改的；同時，透過從這個抽象體派生，也可擴展此模組的行為功能。熟悉OCP的讀者一定知 道，為了能夠實現物件導向設計的一個最核心的原則OCP(Open-Closed Principle)，抽象類別是其中的關鍵所在。

從語法定義層面看abstract class 和interface

在語法層面，Java語言對於abstract class和interface給出了不同的定義方式，下面以定義一個名為Demo的抽象類別為例來說明這種不同。
　　使用abstract class的方式定義Demo抽象類別的方式如下：

1 abstract class Demo｛2 　　abstract void method1();3 　　abstract void method2();4 …5 ｝

使用interface的方式定義Demo抽象類別的方式如下：

1 interface Demo{2 　　void method1();3 　　void method2();4 …5 }

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在abstract class方式中，Demo可以有自己的数据成员，也可以有非 abstract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。
　　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(因为Java不支持多继承)。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。

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，abstract 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：

1 abstract class Door{2 　　abstract void open();3 　　abstract void close()；4 }

     使用interface方式定义Door：

1 interface Door{
2 　　void open();
3 　　void close();
4 }

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：

1 abstract class Door{2 　　abstract void open();3 　　abstract void close()；4 　　abstract void alarm();5 }

或者

1 interface Door{2 　　void open();3 　　void close();4 　　void alarm();5 }

那么具有报警功能的AlarmDoor的定义方式如下：

1 class AlarmDoor extends Door{2 　　void open(){…}3 　　void close(){…}4 　　void alarm(){…}5 }

或者

1 class AlarmDoor implements Door｛2 void open(){…}3 void close(){…}4 void alarm(){…}5 ｝

这种方法违反了面向对象设计中的一个核心原则 ISP (Interface Segregation Principle)，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。我们一一来分析、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：

 1 abstract class Door{ 2 　　abstract void open(); 3 　　abstract void close()； 4 } 5 interface Alarm{ 6 　　void alarm(); 7 } 8 class Alarm Door extends Door implements Alarm{ 9 　　void open(){…}10 　　void close(){…}11 　　void alarm(){…}12 }

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。

　　小结
　　1.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。
　　2.在abstract class 中可以有自己的数据成员，也可以有非abstarct的成员方法，而在interface中，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。
　　3.abstract class和interface所反映出的设计理念不同。其实abstract class表示的是"is-a"关系，interface表示的是"like-a"关系。 
　　4.实现抽象类和接口的类必须实现其中的所有方法。抽象类中可以有非抽象方法。接口中则不能有实现方法。
　　5.接口中定义的变量默认是public static final 型，且必须给其初值，所以实现类中不能重新定义，也不能改变其值。抽象类中的变量默认是 friendly 型，其值可以在子类中重新定义，也可以重新赋值。 
　　7.接口中的方法默认都是 public,abstract类型的。

　　

 

以上是對比抽象類別和介面在Java中的區別的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！