第13讲|谈谈接口和抽象类有什么区别？

Java是非常典型的面向对象语言，曾经有一段时间，程序员整天把面向对象、设计模式挂在嘴边。虽然如今大家对这方面已经不再那么狂热，但是不可否认，掌握面向对象设计原则和技巧，是保证高质量代码的基础之一。

面向对象提供的基本机制，对于提高开发、沟通等各方面效率至关重要。考察面向对象也是面试中的常见一环，下面我来聊聊面向对象设计基础。

今天我要问你的问题是，谈谈接口和抽象类有什么区别？

典型回答

接口和抽象类是Java面向对象设计的两个基础机制。

接口是对行为的抽象，它是抽象方法的集合，利用接口可以达到API定义和实现分离的目的。接口，不能实例化；不能包含任何非常量成员，任何field都是隐含着public static final的意义；同时，没有非静态方法实现，也就是说要么是抽象方法，要么是静态方法。Java标准类库中，定义了非常多的接口，比如java.util.List。

抽象类是不能实例化的类，用abstract关键字修饰class，其目的主要是代码重用。除了不能实例化，形式上和一般的Java类并没有太大区别，可以有一个或者多个抽象方法，也可以没有抽象方法。抽象类大多用于抽取相关Java类的共用方法实现或者是共同成员变量，然后通过继承的方式达到代码复用的目的。Java标准库中，比如collection框架，很多通用部分就被抽取成为抽象类，例如java.util.AbstractList。

Java类实现interface使用implements关键词，继承abstract class则是使用extends关键词，我们可以参考Java标准库中的ArrayList。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
//...
}

考点分析

这是个非常高频的Java面向对象基础问题，看起来非常简单的问题，如果面试官稍微深入一些，你会发现很多有意思的地方，可以从不同角度全面地考察你对基本机制的理解和掌握。比如:

对于Java的基本元素的语法是否理解准确。能否定义出语法基本正确的接口、抽象类或者相关继承实现，涉及重载（Overload）、重写（Override）更是有各种不同的题目。
在软件设计开发中妥善地使用接口和抽象类。你至少知道典型应用场景，掌握基础类库重要接口的使用；掌握设计方法，能够在review代码的时候看出明显的不利于未来维护的设计。
掌握Java语言特性演进。现在非常多的框架已经是基于Java 8，并逐渐支持更新版本，掌握相关语法，理解设计目的是很有必要的。

知识扩展

我会从接口、抽象类的一些实践，以及语言变化方面去阐述一些扩展知识点。

Java相比于其他面向对象语言，如C++，设计上有一些基本区别，比如Java不支持多继承。这种限制，在规范了代码实现的同时，也产生了一些局限性，影响着程序设计结构。Java类可以实现多个接口，因为接口是抽象方法的集合，所以这是声明性的，但不能通过扩展多个抽象类来重用逻辑。

在一些情况下存在特定场景，需要抽象出与具体实现、实例化无关的通用逻辑，或者纯调用关系的逻辑，但是使用传统的抽象类会陷入到单继承的窘境。以往常见的做法是，实现由静态方法组成的工具类（Utils），比如java.util.Collections。

设想，为接口添加任何抽象方法，相应的所有实现了这个接口的类，也必须实现新增方法，否则会出现编译错误。对于抽象类，如果我们添加非抽象方法，其子类只会享受到能力扩展，而不用担心编译出问题。

接口的职责也不仅仅限于抽象方法的集合，其实有各种不同的实践。有一类没有任何方法的接口，通常叫作Marker Interface，顾名思义，它的目的就是为了声明某些东西，比如我们熟知的Cloneable、Serializable等。这种用法，也存在于业界其他的Java产品代码中。

从表面看，这似乎和Annotation异曲同工，也确实如此，它的好处是简单直接。对于Annotation，因为可以指定参数和值，在表达能力上要更强大一些，所以更多人选择使用Annotation。

Java 8增加了函数式编程的支持，所以又增加了一类定义，即所谓functional interface，简单说就是只有一个抽象方法的接口，通常建议使用@FunctionalInterface Annotation来标记。Lambda表达式本身可以看作是一类functional interface，某种程度上这和面向对象可以算是两码事。我们熟知的Runnable、Callable之类，都是functional interface，这里不再多介绍了，有兴趣你可以参考：https://www.oreilly.com/learning/java-8-functional-interfaces 。

还有一点可能让人感到意外，严格说，Java 8以后，接口也是可以有方法实现的！

从Java 8开始，interface增加了对default method的支持。Java 9以后，甚至可以定义private default method。Default method提供了一种二进制兼容的扩展已有接口的办法。比如，我们熟知的java.util.Collection，它是collection体系的root interface，在Java 8中添加了一系列default method，主要是增加Lambda、Stream相关的功能。我在专栏前面提到的类似Collections之类的工具类，很多方法都适合作为default method实现在基础接口里面。

你可以参考下面代码片段：

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
     /**
     * Returns a sequential Stream with this collection as its source 
     * ...
     **/
     default Stream<E> stream() {
         return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
     }
  }

面向对象设计

谈到面向对象，很多人就会想起设计模式，那些是非常经典的问题和设计方法的总结。我今天来夯实一下基础，先来聊聊面向对象设计的基本方面。

我们一定要清楚面向对象的基本要素：封装、继承、多态。

封装的目的是隐藏事务内部的实现细节，以便提高安全性和简化编程。封装提供了合理的边界，避免外部调用者接触到内部的细节。我们在日常开发中，因为无意间暴露了细节导致的难缠bug太多了，比如在多线程环境暴露内部状态，导致的并发修改问题。从另外一个角度看，封装这种隐藏，也提供了简化的界面，避免太多无意义的细节浪费调用者的精力。

继承是代码复用的基础机制，类似于我们对于马、白马、黑马的归纳总结。但要注意，继承可以看作是非常紧耦合的一种关系，父类代码修改，子类行为也会变动。在实践中，过度滥用继承，可能会起到反效果。

多态，你可能立即会想到重写（override）和重载（overload）、向上转型。简单说，重写是父子类中相同名字和参数的方法，不同的实现；重载则是相同名字的方法，但是不同的参数，本质上这些方法签名是不一样的，为了更好说明，请参考下面的样例代码：

public int doSomething() {
    return 0;
}
// 输入参数不同，意味着方法签名不同，重载的体现
public int doSomething(List<String> strs) {
    return 0;
}
// return类型不一样，编译不能通过
public short doSomething() {
    return 0;
}

这里你可以思考一个小问题，方法名称和参数一致，但是返回值不同，这种情况在Java代码中算是有效的重载吗？答案是不是的，编译都会出错的。

进行面向对象编程，掌握基本的设计原则是必须的，我今天介绍最通用的部分，也就是所谓的S.O.L.I.D原则。

单一职责（Single Responsibility），类或者对象最好是只有单一职责，在程序设计中如果发现某个类承担着多种义务，可以考虑进行拆分。
开关原则（Open-Close, Open for extension, close for modification），设计要对扩展开放，对修改关闭。换句话说，程序设计应保证平滑的扩展性，尽量避免因为新增同类功能而修改已有实现，这样可以少产出些回归（regression）问题。
里氏替换（Liskov Substitution），这是面向对象的基本要素之一，进行继承关系抽象时，凡是可以用父类或者基类的地方，都可以用子类替换。
接口分离（Interface Segregation），我们在进行类和接口设计时，如果在一个接口里定义了太多方法，其子类很可能面临两难，就是只有部分方法对它是有意义的，这就破坏了程序的内聚性。
对于这种情况，可以通过拆分成功能单一的多个接口，将行为进行解耦。在未来维护中，如果某个接口设计有变，不会对使用其他接口的子类构成影响。
依赖反转（Dependency Inversion），实体应该依赖于抽象而不是实现。也就是说高层次模块，不应该依赖于低层次模块，而是应该基于抽象。实践这一原则是保证产品代码之间适当耦合度的法宝。

OOP原则实践中的取舍

值得注意的是，现代语言的发展，很多时候并不是完全遵守前面的原则的，比如，Java 10中引入了本地方法类型推断和var类型。按照，里氏替换原则，我们通常这样定义变量：

List<String> list = new ArrayList<>();

如果使用var类型，可以简化为

var list = new ArrayList<String>();

但是，list实际会被推断为“ArrayList < String >”

ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

理论上，这种语法上的便利，其实是增强了程序对实现的依赖，但是微小的类型泄漏却带来了书写的变量和代码可读性的提高，所以，实践中我们还是要按照得失利弊进行选择，而不是一味得遵循原则。

OOP原则在面试题目中的分析

我在以往面试中发现，即使是有多年编程经验的工程师，也还没有真正掌握面向对象设计的基本的原则，如开关原则（Open-Close）。看看下面这段代码，改编自朋友圈盛传的某伟大公司产品代码，你觉得可以利用面向对象设计原则如何改进？

public class VIPCenter {
  void serviceVIP(T extend User user>) {
     if (user instanceof SlumDogVIP) {
        // 穷X VIP，活动抢的那种
        // do somthing
      } else if(user instanceof RealVIP) {
        // do somthing
      }
      // ...
  }

这段代码的一个问题是，业务逻辑集中在一起，当出现新的用户类型时，比如，大数据发现了我们是肥羊，需要去收获一下，这就需要直接去修改服务方法代码实现，这可能会意外影响不相关的某个用户类型逻辑。

利用开关原则，我们可以尝试改造为下面的代码：

public class VIPCenter {
   private Map<User.TYPE, ServiceProvider> providers;
   void serviceVIP(T extend User user） {
      providers.get(user.getType()).service(user);
   }
 }
 interface ServiceProvider{
   void service(T extend User user) ;
 }
 class SlumDogVIPServiceProvider implements ServiceProvider{
   void service(T extend User user){
     // do somthing
   }
 }
 class RealVIPServiceProvider implements ServiceProvider{
   void service(T extend User user) {
     // do something
   }
 }

上面的示例，将不同对象分类的服务方法进行抽象，把业务逻辑的紧耦合关系拆开，实现代码的隔离保证了方便的扩展。

今天我对Java面向对象技术进行了梳理，对比了抽象类和接口，分析了Java语言在接口层面的演进和相应程序设计实现，最后回顾并实践了面向对象设计的基本原则，希望对你有所帮助。

一课一练

关于接口和抽象类的区别，你做到心中有数了吗？给你布置一个思考题，思考一下自己的产品代码，有没有什么地方违反了基本设计原则？那些一改就崩的代码，是否遵循了开关原则？

请你在留言区写写你对这个问题的思考，我会选出经过认真思考的留言，送给你一份学习鼓励金，欢迎你与我一起讨论。