微藍(lán)領(lǐng)域

abstract class和interface是Java語(yǔ)言中對(duì)于抽象類定義進(jìn)行支持的兩種機(jī)制，正是由于這兩種機(jī)制的存在，才賦予了Java強(qiáng)大的面向?qū)ο竽芰Αbstract class和interface之間在對(duì)于抽象類定義的支持方面具有很大的相似性，甚至可以相互替換，因此很多開發(fā)者在進(jìn)行抽象類定義時(shí)對(duì)于abstract class和interface的選擇顯得比較隨意。
       其實(shí)，兩者之間還是有很大的區(qū)別的，對(duì)于它們的選擇甚至反映出對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域本質(zhì)的理解、對(duì)于設(shè)計(jì)意圖的理解是否正確、合理。本文將對(duì)它們之間的區(qū)別進(jìn)行一番剖析，試圖給開發(fā)者提供一個(gè)在二者之間進(jìn)行選擇的依據(jù)。
一、 理解抽象類
       abstract class和interface在Java語(yǔ)言中都是用來(lái)進(jìn)行抽象類（本文中的抽象類并非從abstract class翻譯而來(lái)，它表示的是一個(gè)抽象體，而abstract class為Java語(yǔ)言中用于定義抽象類的一種方法，請(qǐng)讀者注意區(qū)分）定義的，那么什么是抽象類，使用抽象類能為我們帶來(lái)什么好處呢？
       在面向?qū)ο蟮母拍钪校覀冎浪械膶?duì)象都是通過(guò)類來(lái)描繪的，但是反過(guò)來(lái)卻不是這樣。并不是所有的類都是用來(lái)描繪對(duì)象的，如果一個(gè)類中沒有包含足夠的信息來(lái)描繪一個(gè)具體的對(duì)象，這樣的類就是抽象類。抽象類往往用來(lái)表征我們?cè)趯?duì)問(wèn)題領(lǐng)域進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)中得出的抽象概念，是對(duì)一系列看上去不同，但是本質(zhì)上相同的具體概念的抽象。
       比如：如果我們進(jìn)行一個(gè)圖形編輯軟件的開發(fā)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題領(lǐng)域存在著圓、三角形這樣一些具體概念，它們是不同的，但是它們又都屬于形狀這樣一個(gè)概念，形狀這個(gè)概念在問(wèn)題領(lǐng)域是不存在的，它就是一個(gè)抽象概念。正是因?yàn)槌橄蟮母拍钤趩?wèn)題領(lǐng)域沒有對(duì)應(yīng)的具體概念，所以用以表征抽象概念的抽象類是不能夠?qū)嵗摹?br>       在面向?qū)ο箢I(lǐng)域，抽象類主要用來(lái)進(jìn)行類型隱藏。我們可以構(gòu)造出一個(gè)固定的一組行為的抽象描述，但是這組行為卻能夠有任意個(gè)可能的具體實(shí)現(xiàn)方式。這個(gè)抽象描述就是抽象類，而這一組任意個(gè)可能的具體實(shí)現(xiàn)則表現(xiàn)為所有可能的派生類。模塊可以操作一個(gè)抽象體。由于模塊依賴于一個(gè)固定的抽象體，因此它可以是不允許修改的；同時(shí)，通過(guò)從這個(gè)抽象體派生，也可擴(kuò)展此模塊的行為功能。熟悉OCP的讀者一定知道，為了能夠?qū)崿F(xiàn)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的一個(gè)最核心的原則OCP(Open-Closed Principle)，抽象類是其中的關(guān)鍵所在。

二、從語(yǔ)法定義層面看abstract class和interface
       在語(yǔ)法層面，Java語(yǔ)言對(duì)于abstract class和interface給出了不同的定義方式，下面以定義一個(gè)名為Demo的抽象類為例來(lái)說(shuō)明這種不同。使用abstract class的方式定義Demo抽象類的方式如下：
abstract class Demo ｛
 abstract void method1();
 abstract void method2();
 …
｝
使用interface的方式定義Demo抽象類的方式如下：
interface Demo {
 void method1();
 void method2();
 …
}
在abstract class方式中，Demo可以有自己的數(shù)據(jù)成員，也可以有非abstarct的成員方法，而在interface方式的實(shí)現(xiàn)中，Demo只能夠有靜態(tài)的不能被修改的數(shù)據(jù)成員（也就是必須是static final的，不過(guò)在interface中一般不定義數(shù)據(jù)成員），所有的成員方法都是abstract的。從某種意義上說(shuō)，interface是一種特殊形式的abstract class。
       從編程的角度來(lái)看，abstract class和interface都可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)"design by contract"的思想。但是在具體的使用上面還是有一些區(qū)別的。
       首先，abstract class在Java語(yǔ)言中表示的是一種繼承關(guān)系，一個(gè)類只能使用一次繼承關(guān)系。但是，一個(gè)類卻可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)interface。也許，這是Java語(yǔ)言的設(shè)計(jì)者在考慮Java對(duì)于多重繼承的支持方面的一種折中考慮吧。
       其次，在abstract class的定義中，我們可以賦予方法的默認(rèn)行為。但是在interface的定義中，方法卻不能擁有默認(rèn)行為，為了繞過(guò)這個(gè)限制，必須使用委托，但是這會(huì) 增加一些復(fù)雜性，有時(shí)會(huì)造成很大的麻煩。
       在抽象類中不能定義默認(rèn)行為還存在另一個(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)題，那就是可能會(huì)造成維護(hù)上的麻煩。因?yàn)槿绻髞?lái)想修改類的界面（一般通過(guò)abstract class或者interface來(lái)表示）以適應(yīng)新的情況（比如，添加新的方法或者給已用的方法中添加新的參數(shù)）時(shí)，就會(huì)非常的麻煩，可能要花費(fèi)很多的時(shí)間（對(duì)于派生類很多的情況，尤為如此）。但是如果界面是通過(guò)abstract class來(lái)實(shí)現(xiàn)的，那么可能就只需要修改定義在abstract class中的默認(rèn)行為就可以了。
       同樣，如果不能在抽象類中定義默認(rèn)行為，就會(huì)導(dǎo)致同樣的方法實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)在該抽象類的每一個(gè)派生類中，違反了"one rule，one place"原則，造成代碼重復(fù)，同樣不利于以后的維護(hù)。因此，在abstract class和interface間進(jìn)行選擇時(shí)要非常的小心。

二、 從設(shè)計(jì)理念層面看abstract class和interface
       上面主要從語(yǔ)法定義和編程的角度論述了abstract class和interface的區(qū)別，這些層面的區(qū)別是比較低層次的、非本質(zhì)的。本文將從另一個(gè)層面：abstract class和interface所反映出的設(shè)計(jì)理念，來(lái)分析一下二者的區(qū)別。作者認(rèn)為，從這個(gè)層面進(jìn)行分析才能理解二者概念的本質(zhì)所在。
       前面已經(jīng)提到過(guò)，abstarct class在Java語(yǔ)言中體現(xiàn)了一種繼承關(guān)系，要想使得繼承關(guān)系合理，父類和派生類之間必須存在"is a"關(guān)系，即父類和派生類在概念本質(zhì)上應(yīng)該是相同的。對(duì)于interface 來(lái)說(shuō)則不然，并不要求interface的實(shí)現(xiàn)者和interface定義在概念本質(zhì)上是一致的，僅僅是實(shí)現(xiàn)了interface定義的契約而已。為了使論述便于理解，下面將通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。
       考慮這樣一個(gè)例子，假設(shè)在我們的問(wèn)題領(lǐng)域中有一個(gè)關(guān)于Door的抽象概念，該Door具有執(zhí)行兩個(gè)動(dòng)作open和close，此時(shí)我們可以通過(guò)abstract class或者interface來(lái)定義一個(gè)表示該抽象概念的類型，定義方式分別如下所示：
使用abstract class方式定義Door：

abstract class Door {
 abstract void open();
 abstract void close()；
}

使用interface方式定義Door：

interface Door {
 void open();
 void close();
}
其他具體的Door類型可以extends使用abstract class方式定義的Door或者implements使用interface方式定義的Door。看起來(lái)好像使用abstract class和interface沒有大的區(qū)別。
       如果現(xiàn)在要求Door還要具有報(bào)警的功能。我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)針對(duì)該例子的類結(jié)構(gòu)呢（在本例中，主要是為了展示abstract class和interface反映在設(shè)計(jì)理念上的區(qū)別，其他方面無(wú)關(guān)的問(wèn)題都做了簡(jiǎn)化或者忽略）下面將羅列出可能的解決方案，并從設(shè)計(jì)理念層面對(duì)這些不同的方案進(jìn)行分析。

解決方案一：
       簡(jiǎn)單的在Door的定義中增加一個(gè)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();
}

那么具有報(bào)警功能的AlarmDoor的定義方式如下：
class AlarmDoor extends Door {
 void open() { … }
 void close() { … }
 void alarm() { … }
}

或者

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

這種方法違反了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中的一個(gè)核心原則ISP（Interface Segregation Priciple），在Door的定義中把Door概念本身固有的行為方法和另外一個(gè)概念"報(bào)警器"的行為方法混在了一起。這樣引起的一個(gè)問(wèn)題是那些僅僅依賴于Door這個(gè)概念的模塊會(huì)因?yàn)?報(bào)警器"這個(gè)概念的改變（比如：修改alarm方法的參數(shù)）而改變，反之依然。

解決方案二：
       既然open、close和alarm屬于兩個(gè)不同的概念，根據(jù)ISP原則應(yīng)該把它們分別定義在代表這兩個(gè)概念的抽象類中。定義方式有：這兩個(gè)概念都使用abstract class方式定義；兩個(gè)概念都使用interface方式定義；一個(gè)概念使用abstract class方式定義，另一個(gè)概念使用interface方式定義。 顯然，由于Java語(yǔ)言不支持多重繼承，所以兩個(gè)概念都使用abstract class方式定義是不可行的。后面兩種方式都是可行的，但是對(duì)于它們的選擇卻反映出對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域中的概念本質(zhì)的理解、對(duì)于設(shè)計(jì)意圖的反映是否正確、合理。我們一一來(lái)分析、說(shuō)明。
       如果兩個(gè)概念都使用interface方式來(lái)定義，那么就反映出兩個(gè)問(wèn)題：
1、 我們可能沒有理解清楚問(wèn)題領(lǐng)域，AlarmDoor在概念本質(zhì)上到底是Door還是報(bào)警器？
2、如果我們對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域的理解沒有問(wèn)題，比如：我們通過(guò)對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域的分析發(fā)現(xiàn)AlarmDoor在概念本質(zhì)上和Door是一致的，那么我們?cè)趯?shí)現(xiàn)時(shí)就沒有能夠正確的揭示我們的設(shè)計(jì)意圖，因?yàn)樵谶@兩個(gè)概念的定義上（均使用interface方式定義）反映不出上述含義。 如果我們對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域的理解是：AlarmDoor在概念本質(zhì)上是Door，同時(shí)它有具有報(bào)警的功能。我們?cè)撊绾蝸?lái)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)來(lái)明確的反映出我們的意思呢？前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，abstract class在Java語(yǔ)言中表示一種繼承關(guān)系，而繼承關(guān)系在本質(zhì)上是"is a"關(guān)系。所以對(duì)于Door這個(gè)概念，我們應(yīng)該使用abstarct class方式來(lái)定義。另外，AlarmDoor又具有報(bào)警功能，說(shuō)明它又能夠完成報(bào)警概念中定義的行為，所以報(bào)警概念可以通過(guò)interface方式定義。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() { … }
}

這種實(shí)現(xiàn)方式基本上能夠明確的反映出我們對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域的理解，正確的揭示我們的設(shè)計(jì)意圖。其實(shí)abstract class表示的是"is a"關(guān)系，interface表示的是"like a"關(guān)系，大家在選擇時(shí)可以作為一個(gè)依據(jù)，當(dāng)然這是建立在對(duì)問(wèn)題領(lǐng)域的理解上的，比如：如果我們認(rèn)為AlarmDoor在概念本質(zhì)上是報(bào)警器，同時(shí)又具有Door的功能，那么上述的定義方式就要反過(guò)來(lái)了。
       abstract class和interface是Java語(yǔ)言中的兩種定義抽象類的方式，它們之間有很大的相似性。但是對(duì)于它們的選擇卻又往往反映出對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域中的概念本質(zhì)的理解、對(duì)于設(shè)計(jì)意圖的反映是否正確、合理，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)了概念間的不同的關(guān)系（雖然都能夠?qū)崿F(xiàn)需求的功能）。這其實(shí)也是語(yǔ)言的一種的慣用法，希望讀者朋友能夠細(xì)細(xì)體會(huì)。