Java中的面向接口编程

面向接口编程是很多软件架构设计理论都倡导的编程方式，学习Java自然少不了这一部分，下面是我在学习过程中整理出来的关于如何在Java中实现面向接口编程的知识。分享出来，有不对之处还请大家指正。

接口体现的是一种规范和实现分离的设计哲学，充分利用接口可以极好地降低程序各模块之间的耦合，从而提高系统的可扩展性和可维护性。基于这种原则，通常推荐“面向接口”编程，而不是面向实现类编程，希望通过面向接口编程来降低程序的耦合。下面分两种常用场景来示范“面向接口”编程的优势。

（一）简单工厂模式

有一个场景，假设程序中有个Comupter类需要组合一个输出设备，现在有两个选择：直接让Comupter该类组合一个Printer属性，或者让Comupter组合一个Output属性，那么到底采用哪种方式更好呢？

假设让Computer组合一个Printer属性，如果有一天系统需要重构，需要使用BetterPrinter来代替Printer，于是我们需要打开Computer类源代码进行修改。如果系统中只有一个Computer类组合了Printer属性还好，如果系统中有100个类组合了Printer属性，甚至1000个，10000个……将意味着我们要打开100个、1000个、10000类进行修改，这是多么大的工作量！

为了避免这个问题，我们让Comupter组合一个Output属性，将Comupter类与Printer类完全分离。Computer对象实际组合的是Printer对象，还是BetterPrinter对象，对Computer而言完全透明。当Printer对象切换到BetterPrinter对象时，系统完全不受影响。下面是这个Computer类定义的代码。

public class Computer

{

private Output out;

public Computer(Output out)

{

this.out = out;

}

//定义一个模拟获取字符串输入的方法

public void keyIn(String msg)

{

out.getData(msg);

}

//定义一个模拟打印的方法

public void print()

{

out.out();

}

}

上面的Computer类已经完全与Printer类分离开，只是与Output接口耦合。Computer不再负责创建Output对象，系统提供一个Output工厂来负责生成Output对象。这个OutputFactory工厂类代码如下：

public class OutputFactory

{

public Output getOutput()

{

return new Printer();

}

public static void main(String[] args)

{

OutputFactory of = new OutputFactory();

Computer c = new Computer(of.getOutput());

c.keyIn("疯狂Java讲义");

c.keyIn("轻量级J2EE企业应用实战");

c.print();

}

}

在该OutputFactory类中包含了一个getOutput方法，该方法返回一个Output实现类的实例，该方法负责创建Output实例，具体创建哪一个实现类的对象由该方法决定（具体由该方法中粗体部分控制，当然也可以增加更复杂的控制逻辑）。如果系统需将Printer改为BetterPrinter实现类，只需要让BetterPrinter实现Output接口，并改变OutputFactory类中的getOutput方法即可。

下面是BetterPrinter实现类的代码，BetterPrinter只是对原有的Printer进行简单修改，以模拟系统重构后的改进。

public class BetterPrinter implements Output

{

private String[] printData = new String[MAX_CACHE_LINE * 2];

//用以记录当前需打印的作业数

private int dataNum = 0;

public void out()

{

//只要还有作业，继续打印

while(dataNum > 0)

{

System.out.println("高速打印机正在打印：" + printData[0]);

//把作业队列整体前移一位，并将剩下的作业数减1

System.arraycopy(printData , 1, printData, 0, --dataNum);

}

}

public void getData(String msg)

{

if (dataNum >= MAX_CACHE_LINE * 2)

{

System.out.println("输出队列已满，添加失败");

}

else

{

//把打印数据添加到队列里，已保存数据的数量加1。

printData[dataNum++] = msg;

}

}

}

上面的BetterPrinter类也实现了 Output接口，因此也可当成Output对象使用，于是我们只要把OutputFactory工厂类的getOutput方法中粗体部分改为如下代码：

return new BetterPrinter();

再次运行前面的OutputFactory.java程序，发现系统运行时已经改为BetterPrinter对象，而不再是原来的Printer对象。

通过这种方式，我们把所有生成Output对象的逻辑集中在OutputFactory工厂类中管理，而所有需要使用Output对象的类只需与Output接口耦合，而不是与具体的实现类耦合。即使系统中有很多类使用了Printer对象，只要OutputFactory类的getOutput方法来生成Output对象是BetterPrinter对象，则它们全部都会改为使用BetterPrinter对象，而所有程序无需修改，只需要修改OutputFactory工厂的getOutput的方法实现即可。

（二）命令模式

考虑这样一种场景：某个方法需要完成某一个行为，但这个行为的具体实现无法确定，必须等到执行该方法时才可以确定。具体一点：假设有个方法需要遍历某个数组的数组元素，但无法确定在遍历数组元素时如何处理这些元素，需要在调用该方法时指定具体的处理行为。

这个要求看起来有点奇怪：这个方法需要不仅要普通数据可以变化，甚至还有方法执行体也需要变化，难道我们能把“处理行为”作为一个参数传入该方法？

对于这样一个需求，我们必须把“处理行为”作为参数传入该方法，这个“处理行为”用编程来实现就是一段代码。那如何把这段代码传入该方法呢？

因为Java不允许代码块单独存在，因此我们使用一个Command接口来定义一个方法，用这个方法来封装“处理行为”。下面是该Command接口代码。

public interface Command

{

//接口里定义的process方法用于封装“处理行为”

void process(int[] target);

}

上面的Command接口里定义了一个process方法，这个方法用于封装“处理行为”，但这个方法没有方法体——因为现在还无法确定这个处理行为。

下面是需要处理数组的处理类，在这个处理类中包含一个process方法，这个方法无法确定处理数组的处理行为，所以定义该方法时使用了一个Command参数，这个Command参数负责对数组的处理行为。该类的程序代码如下。

public class ProcessArray

{

public void process(int[] target , Command cmd)

{

cmd.process(target);

}

}

通过一个Command类，就实现了让ProcessArray类和具体“处理行为”的分离，程序使用Command接口代表了对数组的处理行为。Command接口也没有提供真正的处理，只有等到需要调用ProcessArray对象process方法时，才真正传入一个Command对象，才确定对数组的处理行为。

下面程序示范了对数组的两种处理方式：

public class TestCommand

{

public static void main(String[] args)

{

ProcessArray pa = new ProcessArray();

int[] target = {3, -4, 6, 4};

//第一次处理数组，具体处理行为取决于PrintCommand

pa.process(target , new PrintCommand());

System.out.println("------------------");

//第二次处理数组，具体处理行为取决于AddCommand

pa.process(target , new AddCommand());

}

}

下面分别是PrintCommand类和AddCommand类的代码。

public class PrintCommand implements Command

{

public void process(int[] target)

{

for (int tmp : target )

{

System.out.println("迭代输出目标数组的元素:" + tmp);

}

}

}

public class AddCommand implements Command

{

public void process(int[] target)

{

int sum = 0;

for (int tmp : target )

{

sum += tmp;

}

System.out.println("数组元素的总和是:" + sum);

}

}

对于PrintCommand和AddCommand两个实现类而言，实际有意义的部分就是process(int[] target)方法，该方法的方法体就是传入ProcessArray类里process方法的“处理行为”，通过这种方式就可实现process方法和“处理行为”的分离。