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abstract class和interface异同点以及机制

89竹林

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发表于 2014-06-05 20:16:51 |只看该作者 |正序浏览

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。其实，两者之间还是有很大区别的，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。我认为正确运用好抽象类和接口，可以优化软件结构的设计，对软件的扩展、维护带来很大的便利。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。

首先来理解一下抽象类。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，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。比如我们xpads 项目中的交易类就可以理解为一个抽象类，即期交易、远期交易、掉期交易等都是继承交易类的具体类。即期交易、远期交易、掉期交易这些具体概念是实际存在的，而交易这个概念在问题领域中是不存在的，可以理解为一个抽象概念。正是因为抽象概念在实际问题领域中没有东西与它对应，所以用以表征抽象概念的抽象类是不能被实例化的。

接下来理解一下接口，接口是面向对象设计中的一组规范，是一组方法的集合体（也可以定义一些常量），在一些软件设计模式中提倡的面向接口编程，其实就是屏蔽实现类的内部处理，增强模块的安全性、灵活性，达到软件设计的高内聚、松耦合。

下面从三个方面进行比较：

一、从语法定义层面看abstract class和interface

使用abstract class的方式定义Deal抽象类的方式如下：

abstract class  FxDeal ｛

                        private long dealsId;  //交易流水号

private long blockNumber;//套流水号

private String appls;//产品类别

private String inputChannel;//录入渠道

private String typeOfDeal;//交易类型

private String flagOfDeal;// 特殊交易标识

private String bankId;//业务发生行

private String customerId; //客户号

private String customerName;//客户名称

private int customerType;//客户类型

private double amount1;

private double amount2;

　abstract void method1();

abstract void method2();

            …

｝

使用interface的方式定义Deal抽象类的方式如下：
　　interface FxDeal {
　　void method1();
　　void method2();
　　…
　　}

在abstract class方式中，Deal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，Deal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。

二、从编程层面看abstract class和interface

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。

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。

在抽象类中不定义默认行为存在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（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）。但是如果它是通过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。

另一个问题是：如果不是采用抽象类中的默认行为，就会导致同样的方法实现出现在该抽象类（或接口）的每一个派生类（或实现类）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，我认为在abstract class和interface间进行选择时还是需要谨慎的，搞不好的话，是会给程序埋下一些隐患的。

三、从设计理念层面看abstract class和interface

      abstract class在Java语言中体现的是一种继承关系，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：

　　abstract class Door {

　　abstract void open();

　　abstract void close()；

　　}

　　使用interface方式定义Door：

　　interface Door {

　　void open();

　　void close();

　　}

　　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：

　　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的定义方式如下：

　　class AlarmDoor extends Door {

　　void open() { … }

　　void close() { … }

　　void alarm() { … }

　　}

　　或者

　　class AlarmDoor implements Door ｛

　　void open() { … }

　　void close() { … }

　　void alarm() { … }

　　｝

　　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。

　　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。
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：

　　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。
其实在某些时候，这两个特殊的类的使用是可以互为替换的，但是在较大规模的系统工程设计时，如果不能正确运用好它的话，可能会破坏程序的结构，增强模块间的耦合度，给程序的维护与升级带来较大的不便，希望大家能够细细体会。

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