Java 中接口和抽象类在设计模式中的应用

接口和抽象类在设计模式中用于解耦和可扩展性。接口定义方法签名，抽象类提供部分实现，子类必须实现未实现的方法。在策略模式中，接口用于定义算法，抽象类或具体类提供实现，允许动态切换算法。在观察者模式中，接口用于定义观察者行为，抽象类或具体类用于订阅和发布通知。在适配器模式中，接口用于适配现有类，抽象类或具体类可实现兼容接口，允许与原有代码交互。

Java 中接口和抽象类在设计模式中的应用

在软件设计中，接口和抽象类是实现解耦和可扩展性的关键组件。它们允许不同的模块独立开发和部署，同时仍然保持兼容性。

接口

• 接口定义了一组方法签名，但没有为其提供实现。
• 实现接口的类必须实现所有声明的方法。
• 接口可以有多个实现，允许在运行时切换不同的行为。

抽象类

• 抽象类提供了部分实现，其中一些方法没有实现。
• 扩展抽象类的子类必须实现所有未实现的方法，或声明它们本身也是抽象的。
• 抽象类只能有一个实现，但在其子类中可以通过多态性访问。

设计模式中的应用

接口和抽象类在设计模式中起着至关重要的作用，通过以下方式提高代码的灵活性、可重用性和可测试性：

策略模式： 使用接口来定义一组算法，并使用抽象类或具体实现来提供实现。这允许在运行时根据需要动态切换算法。

观察者模式： 使用接口来定义观察者和订阅者的行为。抽象类或具体实现可以用作订阅对象，而观察者可以注册和注销以接收更新。

适配器模式： 使用接口来将现有类适配到不同的接口。抽象类或具体实现可以实现兼容的接口，从而允许其与原有代码交互。

实战案例

策略模式：

interface SortingAlgorithm {
    int[] sort(int[] arr);
}

abstract class AbstractSortingAlgorithm implements SortingAlgorithm {
    public void swap(int[] arr, int i, int j) {
        // 交换 arr 中索引为 i 和 j 的元素
    }
}

class BubbleSort extends AbstractSortingAlgorithm {
    @Override
    public int[] sort(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    swap(arr, j, j + 1);
                }
            }
        }
        return arr;
    }
}

class QuickSort extends AbstractSortingAlgorithm {
    @Override
    public int[] sort(int[] arr) {
        // 快排算法实现
    }
}

// 使用
SortingAlgorithm algorithm = new BubbleSort();
int[] sortedArr = algorithm.sort(arr);

在这个示例中，SortingAlgorithm 接口定义了排序行为，而 BubbleSort 和 QuickSort 则提供了具体实现。由于它们都实现了相同的接口，因此可以轻松地根据需要在运行时交换它们。

观察者模式：

interface Observer {
    void update(Observable observable);
}

abstract class Observable {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();

    public void addObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    protected void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(this);
        }
    }
}

class ConcreteObservable extends Observable {
    private int state;

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
        notifyObservers();
    }
}

class ObserverA implements Observer {
    @Override
    public void update(Observable observable) {
        // 收到通知并根据变化的 state 做出反应
    }
}

// 使用
ConcreteObservable observable = new ConcreteObservable();
ObserverA observerA  = new ObserverA();
observable.addObserver(observerA);
observable.setState(10); // 通知观察者 state 发生变化

在这个示例中，Observer 接口定义了观察者的行为，而 Observable 抽象类提供了订阅和发布通知的机制。ConcreteObservable 和 ObserverA 是具体实现，其中 ConcreteObservable 管理观察者列表并通知其状态更改，而 ObserverA 可以根据这些更改执行操作。

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