文章目录
  1. 1. 前言
  2. 2. 抽象类与接口的对比
  3. 3. 从 java 容器类的设计讨论抽象类和接口的应用
    1. 3.1. ArrayList 类继承关系
    2. 3.2. 纯抽象类实现
    3. 3.3. 纯接口实现
    4. 3.4. 总结
  4. 4. 抽象类和接口的使用时机

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。

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

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 AbstractCollectionList 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。

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?

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

文章目录
  1. 1. 前言
  2. 2. 抽象类与接口的对比
  3. 3. 从 java 容器类的设计讨论抽象类和接口的应用
    1. 3.1. ArrayList 类继承关系
    2. 3.2. 纯抽象类实现
    3. 3.3. 纯接口实现
    4. 3.4. 总结
  4. 4. 抽象类和接口的使用时机