前言

之前写了一篇文章 简洁代码之道(1):用多态替代条件语句,有人问实现多态的时候为什么用抽象类而不是接口。当时写文章的时候并没有想到这个问题。后来仔细想想,这的确是个值得探讨的问题。多态可以用抽象类或者接口实现,重点是应该用哪个?更大问题是,接口和抽象类有什么本质的区别?下面我们将讨论以下的问题:

  • 抽象类和接口的对比
  • 从 java 容器类的设计讨论抽象类和接口的应用
  • 抽象类和接口的使用时机

抽象类与接口的对比

参数抽象类接口默认的方法实现它可以有默认的方法实现接口完全是抽象的。它根本不存在方法的实现实现子类使用extends关键字来继承抽象类。如果子类不是抽象类的话,它需要提供抽象类中所有声明的方法的实现。子类使用关键字implements来实现接口。它需要提供接口中所有声明的方法的实现构造器抽象类可以有构造器接口不能有构造器与正常Java类的区别除了你不能实例化抽象类之外,它和普通Java类没有任何区别接口是完全不同的类型访问修饰符抽象方法可以有public、protected和default这些修饰符接口方法默认修饰符是public。你不可以使用其它修饰符。main方法抽象方法可以有main方法并且我们可以运行它接口没有main方法,因此我们不能运行它。多继承抽象方法可以继承一个类和实现多个接口接口只可以继承一个或多个其它接口速度它比接口速度要快接口是稍微有点慢的,因为它需要时间去寻找在类中实现的方法。添加新方法如果你往抽象类中添加新的方法,你可以给它提供默认的实现。因此你不需要改变你现在的代码。如果你往接口中添加方法,那么你必须改变实现该接口的类。

抽象类和接口有不同,也有相似的地方。有些书把接口称作特殊的类,虽然不准确,但也有一定道理,接口能做的事情,抽象类也能做到,除了多重继承。正是因为这些相似的特性,让我们在使用它们的时候有了困惑:这里到底该用抽象类还是接口?

从 java 容器类的设计讨论抽象类和接口的应用

除了前面提到的一个问题:多态到底是用抽象类还是接口实现?我还看到有人评论说:现在都是提倡面向接口编程,使用抽象类的都被称为上世纪的老码农了。哈哈。看到这个说法我也是苦笑不得。不过,面向接口编程的确是一个趋势,java 8 已经支持接口实现默认方法和静态方法了,抽象类和接口之间的差异越来越小。闲话少说,我们开始讨论抽象类和接口的应用。




java中允许一个类继承多个抽象类 java可以继承多个抽象类吗_抽象类


full_container_taxonomy

上图是 java 容器类的类继承关系。我们以容器类中 ArrayList 为例子来讨论抽象类和接口的应用。

ArrayList 类继承关系


java中允许一个类继承多个抽象类 java可以继承多个抽象类吗_java中允许一个类继承多个抽象类_02


ArrayList

上图是 ArrayList 的类继承关系。可以看到,ArrayList 的继承关系中既使用了抽象类,也使用了接口。

  • 最顶层的接口是 Iterable,表示这是可迭代的类型。所有容器类都是可迭代的,这是一个极高的抽象。
  • 第二层的接口是 Collection,这是单一元素容器的接口。集合,列表都属于此类。
  • 第三层的接口是 List,这是所有列表的接口。

通过三个接口,我们可以找到容器类的三个抽象特性,实现这些接口就意味着拥有这些接口的特性。

  • AbstractCollection 实现了 Collection 中的部分方法。
  • AbstractList 实现了 AbstractCollection 和 List 中的部分方法。

上面的抽象类提供了一些方法的默认实现,给具体类提供了复用代码。

纯抽象类实现

如果我们像一个老码农一样,用抽象类来实现上面的接口会有怎样的效果?那么,类图可能变成这样。


java中允许一个类继承多个抽象类 java可以继承多个抽象类吗_容器类_03


AbtractList

抽象类在这里存在着一个很大的问题,它不能多继承,在抽象的层次上没有接口高,也没有接口灵活。例如说:

List + AbstractCollection -> AbstractList

Set + AbstractCollection -> AbstractSet

单纯用抽象类无法实现像接口一样灵活的扩展。

纯接口实现

如果我们像一个新码农一样,用纯接口来实现呢?


java中允许一个类继承多个抽象类 java可以继承多个抽象类吗_抽象类_04


InterfaceList

这样写理论上没有问题,实际写代码的时候问题就来了。所有的接口都要提供实现,于是你不得不在各个实现类中重复代码。

总结

经过上面的讨论,我们得出两个结论:

  • 抽象类和接口并不能互相替代。
  • 抽象类和接口各有不可替代的作用。

从容器类的类关系图中可以看到,接口主要是用来抽象类型的共性,例如说,容器的可迭代特性。抽象类主要是给具体实现类提供重用的代码,例如说,List 的一些默认方法。

抽象类和接口的使用时机

那么,什么时候该用抽象类,什么时候该用接口呢?

要解决上面的问题,我们先从弄清楚抽象类和接口之间的关系。首先,我们都知道类对事物的抽象,定义了事物的属性和行为。而抽象类是不完全的类,具有抽象方法。接口则比类的抽象层次更高。所以,我们可以这样理解它们之间的关系:类是对事物的抽象,抽象类是对类的抽象,接口是对抽象类的抽象。

从这个角度来看 java 容器类,你会发现,它的设计正体现了这种关系。不是吗?从 Iterable 接口,到 AbstractList 抽象类,再到 ArrayList类。

现在回答前面的问题:在设计类的时候,首先考虑用接口抽象出类的特性,当你发现某些方法可以复用的时候,可以使用抽象类来复用代码。简单说,接口用于抽象事物的特性,抽象类用于代码复用

当然,不是所有类的设计都要从接口到抽象类,再到类。程序设计本就没有绝对的范式可以遵循。上面的说法只是提供一个角度来理解抽象类和接口的关系,每个人都会有自己的理解,有人认为两者一点关系都没有,这也有道理。总之,模式和语法是死的,人是活的。

参考资料

Java抽象类与接口的区别

我如何理解Java中抽象类和接口

面向接口编程详解