abstract class 与 interface

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 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、理解抽象类

abstract class和interface在Java语言中都是用来进行抽象类（本文中的抽象类并非从abstract class翻译而来，它表示的是一个抽象体，而abstract class为Java语言中用 于定义抽象类的一种方法，请读者注意区分）定义的，那么什么是抽象类，使用抽象类

能为我们带来什么好处呢？

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。
在面向对象领域，抽象类主要用来进行类型隐藏。我们可以构造出一个固定的一组行 为 的抽象描述，但是这组行为却能够有任意个可能的具体实现方式。这个抽象描述就是抽 象类，而这一组任意个可能的具体实现则表现为所有可能的派生类。模块可 以操作一个 抽象体。由于模块依赖于一个固定的抽象体，因此它可以是不允许修改的；同时，通过 从这个抽象体派生，也可扩展此模块的行为功能。熟悉OCP的读 者一定知道，为了能够 实现面向对象设计的一个最核心的原则OCP(Open-Closed Principle)，抽象类是其中的 关键所在。

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。在抽象类中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。

同样，如果不能在抽象类中定义默认行为，就会导致同样的方法实现出现在该抽象类 的 每一个派生类中，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，在abstract class和interface间进行选择时要非常的小心。

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的区别，这些层面 的区别是比较低层次的、非本质的。本文将从另一个层面：abstract class和interface 所反映出的设计理念，来分析一下二者的区别。从这个层面进行分析才能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 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()；
}

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();
}

这种方法违反了面向对象设计中的一个核心原则 ISP (Interface Segregation Principle)，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"这个概念的改变而改变，反之依然。

解决方案二

既然open()、close()和alarm()属于两个不同的概念，那么我们依据ISP原则将它们分开定义在两个代表两个不同概念的抽象类里面，定义的方式有三种：

1、两个都使用抽象类来定义。

2、两个都使用接口来定义。

3、一个使用抽象类定义，一个是用接口定义。

由于java不支持多继承所以第一种是不可行的。后面两种都是可行的，但是选择何种就反映了你对问题域本质的理解。

如果选择第二种都是接口来定义，那么就反映了两个问题：1、我们可能没有理解清楚问题域，AlarmDoor在概念本质上到底是门还报警器。2、如果我们对问题域的理解没有问题，比如我们在分析时确定了AlarmDoor在本质上概念是一致的，那么我们在设计时就没有正确的反映出我们的设计意图。因为你使用了两个接口来进行定义，他们概念的定义并不能够反映上述含义。

第三种，如果我们对问题域的理解是这样的：AlarmDoor本质上Door，但同时它也拥有报警的行为功能，这个时候我们使用第三种方案恰好可以阐述我们的设计意图。AlarmDoor本质是们，所以对于这个概念我们使用抽象类来定义，同时AlarmDoor具备报警功能，说明它能够完成报警概念中定义的行为功能，所以alarm可以使用接口来进行定义。如下：

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。

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。

抽象方法是必须实现的方法。就象动物都要呼吸。但是鱼用鳃呼吸，猪用肺呼吸。动物类要有呼吸方法。怎么呼吸就是子类的事了。现在有很多讨论和建议提倡用interface代替abstract类，两者从理论上可以做一般性的 混用，但是在实际应用中，他们还是有一定区别的。抽象类一般作为公共的父类为子类的扩展提供基础，这里的扩展包括了属性上和行为上的。而接口一般来说不考虑属性，只考虑方法，使得子类可以自由的填补或者扩展接口所定义的方法，就像JAVA王子所说 的事件中的适配器就是一个很好的应用。用一个简单的例子，比如说一个教师，我们把它作为一个抽象类，有自己的属性，比如说年龄，教育程度，教师编号等等，而教师也是分很多种类的，我们就可以继承教师类而扩展特有的种类属性，而普遍属性已经直接继承了下来。
而接口呢~还是拿教师做例子，教师的行为很多，除了和普通人相同的以外，还有职业相关的行为，比如改考卷，讲课等等，我们把这些行为定义成无body的方法，作为一个集合，它是一个interface。而教师张三李四的各自行为特点又有不同，那么他们就可以扩展自己的行为body。从这点意义上来说，interface偏重于行为。
总之，在许多情况下，接口确实可以代替抽象类，如果你不需要刻意表达属性上的继承的话。