Java抽象类和接口的比较

一个软件设计的好坏，我想很大程度上取决于它的整体架构，而这个整体架构其实就是你对整个宏观商业业务的抽象框架，当代表业务逻辑的高层抽象层结构 合理时，你底层的具体实现需要考虑的就仅仅是一些算法和一些具体的业务实现了。当你需要再开发另一个相近的项目时，你以前的抽象层说不定还可以再次利用 。面对对象的设计，复用的重点其实应该是抽象层的复用，而不是具体某一个代码块的复用。

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的区别的，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。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。

一、抽象类：

在了解抽象类之前，先来了解一下抽象方法。抽象方法是一种特殊的方法：它只有声明，而没有具体的实现。抽象方法的声明格式为：

abstract void fun();

　　抽象方法必须用abstract关键字进行修饰。如果一个类含有抽象方法，则称这个类为抽象类，抽象类必须在类前用abstract关键字修饰。因为抽象类中含有无具体实现的方法，所以不能用抽象类创建对象

抽象类就是为了继承而存在的，如果你定义了一个抽象类，却不去继承它，那么等于白白创建了这个抽象类，因为你不能用它来做任何事情。对于一个父类，如果它的某个方法在父类中实现出来没有任何意义，必须根据子类的实际需求来进行不同的实现，那么就可以将这个方法声明为abstract方法，此时这个类也就成为abstract类了。

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，但是反过来却不是这样。并不是所有的类都是用来描绘对象的，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：如果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、三角形这样一些具体概念，它们是不同的，但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。正是因为抽象的概念在问题领域没有对应的具体概念，所以用以表征抽象概念的抽象类是不能够实例化的。

包含抽象方法的类称为抽象类，但并不意味着抽象类中只能有抽象方法，它和普通类一样，同样可以拥有成员变量和普通的成员方法。注意，抽象类和普通类的主要有三点区别：

　　1）抽象方法必须为public或者protected（因为如果为private，则不能被子类继承，子类便无法实现该方法），缺省情况下默认为public。

　　2）抽象类不能用来创建对象；

　　3）如果一个类继承于一个抽象类，则子类必须实现父类的抽象方法。如果子类没有实现父类的抽象方法，则必须将子类也定义为为abstract类。

　　在其他方面，抽象类和普通的类并没有区别。

在抽象类中，如果方法没有具体实现（就是方法后面没有{}），那么必须加上abstract来声明这个方法，而接口中不需要使用abstract来声明（抽象类之所以被称为抽象类，就是因为它包含有抽象方法。含有抽象方法的类叫做抽象类）

二、接口

接口，英文称作interface，在软件工程中，接口泛指供别人调用的方法或者函数。从这里，我们可以体会到Java语言设计者的初衷，它是对行为的抽象。在Java中，定一个接口的形式如下：

[public] interface InterfaceName {
}




　　接口中可以含有 变量和方法。但是要注意，接口中的变量会被隐式地指定为public static final变量（并且只能是public static final变量，用private修饰会报编译错误），而方法会被隐式地指定为public abstract方法且只能是public abstract方法（用其他关键字，比如private、protected、static、 final等修饰会报编译错误），并且接口中所有的方法不能有具体的实现，也就是说，接口中的方法必须都是抽象方法。从这里可以隐约看出接口和抽象类的区别，接口是一种极度抽象的类型，它比抽象类更加“抽象”，并且一般情况下不在接口中定义变量。

　　要让一个类遵循某组特地的接口需要使用implements关键字，具体格式如下：

class ClassName implements Interface1,Interface2,[....]{

}

　　可以看出，允许一个类遵循多个特定的接口。如果一个非抽象类遵循了某个接口，就必须实现该接口中的所有方法。对于遵循某个接口的抽象类，可以不实现该接口中的抽象方法。

1、从语法定义层面

abstract class的方式定义Demo的方式如下

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

interface的方式定义Demo的方式如下

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

1）抽象类可以提供成员方法的实现细节，而接口中只能存在public abstract 方法；

　　2）抽象类中的成员变量可以是各种类型的，而接口中的成员变量只能是public static final类型的；

　　3）接口中不能含有静态代码块以及静态方法，而抽象类可以有静态代码块和静态方法；

　　4）一个类只能继承一个抽象类，而一个类却可以实现多个接口。

2、编程方式

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。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。

在接口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。

3、设计理念

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。

1）抽象类是对一种事物的抽象，即对类抽象，而接口是对行为的抽象。抽象类是对整个类整体进行抽象，包括属性、行为，但是接口却是对类局部（行为）进行抽象。举个简单的例子，飞机和鸟是不同类的事物，但是它们都有一个共性，就是都会飞。那么在设计的时候，可以将飞机设计为一个类Airplane，将鸟设计为一个类Bird，但是不能将 飞行 这个特性也设计为类，因此它只是一个行为特性，并不是对一类事物的抽象描述。此时可以将 飞行 设计为一个接口Fly，包含方法fly( )，然后Airplane和Bird分别根据自己的需要实现Fly这个接口。然后至于有不同种类的飞机，比如战斗机、民用飞机等直接继承Airplane即可，对于鸟也是类似的，不同种类的鸟直接继承Bird类即可。从这里可以看出，继承是一个 "是不是"的关系，而 接口 实现则是 "有没有"的关系。如果一个类继承了某个抽象类，则子类必定是抽象类的种类，而接口实现则是有没有、具备不具备的关系，比如鸟是否能飞（或者是否具备飞行这个特点），能飞行则可以实现这个接口，不能飞行就不实现这个接口。

2）设计层面不同，抽象类作为很多子类的父类，它是一种模板式设计。而接口是一种行为规范，它是一种辐射式设计。什么是模板式设计？最简单例子，大家都用过ppt里面的模板，如果用模板A设计了ppt B和ppt C，ppt B和ppt C公共的部分就是模板A了，如果它们的公共部分需要改动，则只需要改动模板A就可以了，不需要重新对ppt B和ppt C进行改动。而辐射式设计，比如某个电梯都装了某种报警器，一旦要更新报警器，就必须全部更新。也就是说对于抽象类，如果需要添加新的方法，可以直接在抽象类中添加具体的实现，子类可以不进行变更；而对于接口则不行，如果接口进行了变更，则所有实现这个接口的类都必须进行相应的改动。

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相同的（参考文献〔3〕中有关于"is a"关系的大篇幅深入的论述，有兴趣的读者可以参考）。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，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.

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：

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。

结论

1. Java接口和Java抽象类最大的一个区别，就在于Java抽象类可以提供某些方法的部分实现，而Java接口不可以（就是interface中只能定义方法，而不能有方法的实现，而在abstract class中则可以既有方法的具体实现，又有没有具体实现的抽象方法），这大概就是Java抽象类唯一的优点吧，但这个优点非常有用。如果向一个抽象类里加入一个新的具体方法时，那么它所有的子类都一下子都得到了这个新方法，而Java接口做不到这一点，如果向一个Java接口里加入一个 新方法，所有实现这个接口的类就无法成功通过编译了，因为你必须让每一个类都再实现这个方法才行，这显然是Java接口的缺点。这个在我的另外一篇博客mapreduce 新旧API 区别中有提到类似的问题，在新的mapreduce api中更倾向于使用抽象类，而不是接口，因为这更容易扩展。原因就是上面划线部分所说的。

2. 一个抽象类的实现只能由这个抽象类的子类给出，也就是说，这个实现处在抽象类所定义出的继承的等级结构中，而由于Java语言的单继承性，所以抽象类作为类型定义工具的效能大打折扣。在这一点上，Java接口的优势就出来了，任何一个实现了一个Java接口所规定的方法的类都可以具有这个接口的类型，而一个类可以实现任意多个Java接口，从而这个类就有了多种类型。（使用抽象类，那么继承这个抽象类的子类类型就比较单一，因为子类只能单继承抽象类；而子类能够同时实现多个接口，因为类型就比较多。接口和抽象类都可以定义对象，但是只能用他们的具体实现类来进行实例化。）
3. 从第2点不难看出，Java接口是定义混合类型的理想工具，混合类表明一个类不仅仅具有某个主类型的行为，而且具有其他的次要行为。
4. 结合1、2点中抽象类和Java接口的各自优势，具精典的设计模式就出来了：声明类型的工作仍然由Java接口承担，但是同时给出一个Java 抽象类，且实现了这个接口，而其他同属于这个抽象类型的具体类可以选择实现这个Java接口，也可以选择继承这个抽象类，也就是说在层次结构中，Java 接口在最上面，然后紧跟着抽象类，这下两个的最大优点都能发挥到极至了。这个模式就是“缺省适配模式”。在Java语言API中用了这种模式，而且全都遵循一定的命名规范：Abstract ＋接口名。（A extends AbstractB implements interfaceC，那么B即可以选择实现(@Override)接口interfaceC中的方法，也可以选择不实现；A即可以选择实现(@Override)抽象类AbstractB中的方法，也可以选择不实现）

abstract class和interface是Java语言中的两种定义抽象类的方式，它们之间有很大的相似性。但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，因为它们表现了概念间的不同的关系（虽然都能够实现需求的功能）。这其实也是语言的一种的惯用法，希望读者朋友能够细细体会

参考文献

1、浅析Java抽象类和接口的比较

2、Java 接口和抽象类区别(写的很好，转了）

3、深入理解Java的接口和抽象类