浅析Java抽象类和接口的比較

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，正是因为这两种机制的存在，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非常大的相似性，甚至能够相互替换，因此非常多开发人员在进行抽象类定义时对于 abstract class和interface的选择显得比較任意。事实上，两者之间还是有非常大的差别的，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差别进行一番剖析，试图给开发人员提供一个在二者之间进行选择的根据。

理解抽象类：

在面向对象的概念中，我们知道全部的对象都是通过类来描绘的。可是反过来却不是这样。并非全部的类都是用来描绘对象的。假设一个类中没有包括足够的信息来描绘一个详细的对象。这种类就是抽象类。

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。可是本质上同样的详细概念的抽象。比方：假设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、三角形这样一些详细概念，它们是不同的，可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。正是由于抽象的概念在问题领域没有相应的详细概念，所以用以表征抽象概念的抽象类是不可以实例化的。

以下从三个方面进行比較：

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，以下以定义一个名为Demo的抽象类为例来说明这样的不同。

使用abstract class的方式定义Demo抽象类的方式例如以下：

abstract class Demo ｛
abstract void method1();
abstract void method2();
…
｝

使用interface的方式定义Demo抽象类的方式例如以下：

interface Demo {
void method1();
void method2();
…
}

在abstract class方式中。Demo能够有自己的数据成员，也能够有非abstarct的成员方法，而在interface方式的实现中，Demo仅仅能够有静态的不能被改动的数据成员（也就是必须是static final的，只是在interface中一般不定义数据成员）。全部的成员方法都是abstract的。从某种意义上说，interface是一种特殊形式的abstract class。

二、 从编程层面看abstract class和interface

从编程的角度来看。abstract class和interface都能够用来实现"design by contract"的思想。

可是在详细的使用上面还是有一些差别的。

首先，abstract class在Java语言中表示的是一种继承关系，一个类仅仅能使用一次继承关系。可是。一个类却能够实现多个interface。或许。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，我们能够赋予方法的默认行为。可是在interface的定义中，方法却不能拥有默认行为，为了绕过这个限制。必须使用托付，可是这会 添加一些复杂性。有时会造成非常大的麻烦。

在抽象类中不能定义默认行为还存在还有一个比較严重的问题，那就是可能会造成维护上的麻烦。由于假设后来想改动类的界面（一般通过 abstract class或者interface来表示）以适应新的情况（比方。加入新的方法或者给已用的方法中加入新的參数）时，就会非常的麻烦，可能要花费非常多的时间（对于派生类非常多的情况，尤为如此）。可是假设界面是通过abstract class来实现的，那么可能就仅仅须要改动定义在abstract class中的默认行为就能够了。

相同。假设不能在抽象类中定义默认行为，就会导致相同的方法实现出如今该抽象类的每个派生类中，违反了"one rule，one place"原则。造成代码反复，相同不利于以后的维护。因此，在abstract class和interface间进行选择时要很的小心。

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的差别，这些层面的差别是比較低层次的、非本质的。

本小节将从还有一个层面：abstract class和interface所反映出的设计理念，来分析一下二者的差别。作者觉得，从这个层面进行分析才干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同样的（參考文献〔3〕中有关于"is a"关系的大篇幅深入的论述，有兴趣的读者能够參考）。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。不过实现了interface定义的契约而已。为了使论述便于理解，以下将通过一个简单的实例进行说明。

考虑这样一个样例。如果在我们的问题领域中有一个关于Door的抽象概念，该Door具有运行两个动作open和close，此时我们能够通过abstract class或者interface来定义一个表示该抽象概念的类型，定义方式分别例如以下所看到的：

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();
}

其它详细的Door类型能够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没有大的差别。

假设如今要求Door还要具有报警的功能。我们该怎样设计针对该样例的类结构呢（在本例中，主要是为了展示abstract class和interface反映在设计理念上的差别。其它方面无关的问题都做了简化或者忽略）？以下将罗列出可能的解决方式，并从设计理念层面对这些不同的方案进行分析。

解决方式一：

简单的在Door的定义中添加一个alarm方法，例如以下：

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的定义方式例如以下：

class AlarmDoor extends Door {
void open() { … }
void close() { … }
void alarm() { … }
}

或者

class AlarmDoor implements Door ｛
void open() { … }
void close() { … }
void alarm() { … }
｝

这样的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只依赖于Door这个概念的模块会由于"报警器"这个概念的改变（比方：改动alarm方法的參数）而改变。反之依旧。

解决方式二：

既然open、close和alarm属于两个不同的概念。依据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。还有一个概念使用interface方式定义。

显然。因为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，可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。

假设两个概念都使用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在概念本质上究竟是Door还是报警器？2、假设我们对于问题领域的理解没有问题。比方：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可以正确的揭示我们的设计意图，由于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。

假设我们对于问题领域的理解是：AlarmDoor在概念本质上是Door，同一时候它有具有报警的功能。我们该怎样来设计、实现来明白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，说明它又可以完毕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。例如以下所看到的：

abstract class Door {
abstract void open();
abstract void close()；
}
interface Alarm {
void alarm();
}
class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
void open() { … }
void close() { … }
void alarm() { … }
}

这样的实现方式基本上可以明白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。事实上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根据。当然这是建立在对问题领域的理解上的，比方：假设我们觉得AlarmDoor在概念本质上是报警器，同一时候又具有 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。它们之间有非常大的相似性。可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。由于它们表现了概念间的不同的关系（尽管都可以实现需求的功能）。这事实上也是语言的一种的惯使用方法，希望读者朋友可以细细体会