在我自己早期学习编程的时候,对接口存在的意义实在困惑,我自己乱写代码的时候基本上不可能意识到需要去写接口,不知道接口到底有什么用,为什么要定义接口,感觉定义接口只是 提前做了个多余的工作。
这里我先抛出一个形象的解释,大家带着这个解释结合全文来理解接口存在的意义是什么:
我们把电脑主板上的内存插槽,显卡插槽等类比为接口,为什么在主板上搞这么多插槽呢?多浪费机箱空间啊?直接用电烙铁把显卡和内存的引脚一根一根焊到主板上不就得了(手动滑稽)。估计读到这里大伙儿心里也大概明白了接口的大致作用,焊死了后,如果你焊错位置了或者拆电脑的时候,就需要使用电烙铁进行拆装,多愚蠢哦。
全文脉络思维导图如下:
1. 什么是抽象类
在讲解接口之前,抽象类是绕不过去的一个概念,接口可以认为是一个比抽象类还要抽象的类。
什么是抽象类?「包含一个或多个抽象方法的类就是抽象类,抽象方法即没有方法体的方法」,抽象方法和抽象类都必须声明为 abstract。例如:
- // 抽象类
- public abstract class Person {
- // 抽象方法
- public abstract String getDescription();
- }
切记!「除了抽象方法之外,抽象类还可以包含具体数据和具体方法」。例如, 抽象类 Person 还保存着姓名和一个返回姓名的具体方法:
- public abstract class Person{
- private String name;
- public Person(String name){
- this.name = name ;
- }
- public abstract String getDescription();
- public String getName(){
- return name;
- }
- }
❝ 许多程序员都会「错误」的认为,在抽象类中不能包含具体方法。其实这也是接口和抽象类的不同之处,接口中是不能包含具体方法的。 ❞
「抽象类不能被实例化」。也就是说,如果将一个类声明为 abstract, 就不能创建这个类的对象。
- new Person("Jack"); // Error
可以定义一个抽象类的对象变量, 但是它只能引用非抽象子类的对象。假设 Student 类是 Person 的非抽象子类:
- Person p = new Student("Jack"); // Right
所谓非抽象子类就是说,如果创建一个继承抽象类的子类并为之创建对象,那么就「必须为父类的所有抽象方法提供方法定义」。如果不这么做(可以选择不做),子类仍然是一个抽象类,编译器会强制我们为新类加上 abstract 关键字。
下面定义扩展抽象类 Person 的具体子类 Student:
- public class Student extends Person {
- private String major;
- public Student(String name, String major) {
- super(name);
- this.major = major;
- }
- @Override
- public String getDescription(){ // 实现父类抽象方法
- return "a student majoring in " + major;
- }
- }
在 Student 类中实现了父类中的抽象方法 getDescription 。因此,「在 Student类中的全部方法都是非抽象的, 这个类不再是抽象类」。
调用如下:
- Person p = new Student("Jack","Computer Science");
- p.getDescription();
由于不能构造抽象类 Person的对象, 所以变量 p 永远不会引用 Person 对象, 而是引用诸如 Student这样的具体子类对象, 而这些对象中都重写了 getDescription方法。
2. 什么是接口
接口的本质其实也是一个类,而且是一个比抽象类还要抽象的类。怎么说呢?抽象类是能够包含具体方法的,而接口杜绝了这个可能性,「在 Java 8 之前,接口非常纯粹,只能包含抽象方法,也就是没有方法体的方法」。而 Java 8 中接口出现了些许的变化,开始允许接口包含默认方法和静态方法,这个下文会讲解。
Java 使用关键字 interface 而不是 class 来创建接口。和类一样,通常我们会在关键字 interface 前加上 public 关键字,否则接口只有包访问权限,只能在接口相同的包下才能使用它。
- public interface Concept {
- void idea1();
- void idea2();
- }
同样的,接口中既然存在抽象方法,那么他就需要被扩展(继承)。使用 implements 关键字使一个类扩展某个特定接口(或一组接口),通俗来说:接口只是外形,现在这个扩展子类要说明它是如何工作的。
- class Implementation implements Concept {
- @Override
- public void idea1() {
- System.out.println("idea1");
- }
- @Override
- public void idea2() {
- System.out.println("idea2");
- }
- }
这里需要注意的是,你可以选择显式地声明接口中的方法为 public,但是「即使你不这么做,它们也是 public 的」。所以当实现一个接口时,来自接口中的方法必须被定义为 public。否则,它们只有包访问权限,这样在被继承时,它们的可访问权限就被降低了,这是 Java 编译器所不允许的。
另外,接口中是允许出现常量的,与接口中的方法都自动地被设置为 public—样,「接口中的域将被自动被设置为 public static final 类型」,例如:
- public interface Concept {
- void idea1(); // public void idea1();
- // 静态属性
- double item = 95; // a public static final constant
- }
❝ 可以将接口方法标记为 public,将域标记为 public static final。有些程序员出于习惯或提高清晰度的考虑, 愿意这样做。但 Java 语言规范却「建议不要书写这些多余的关键字」。 ❞
3. 接口的特性
接口和类其中不同的一点就是,我们「无法像类一样使用 new 运算符来实例化一个接口」:
- x = new Concept(. . .); // ERROR
原因也很简单,接口连具体的构造方法都没有,肯定是无法实例化的。
当然, 尽管不能构造接口的对象,声明接口的变量还是可以的:
- Concept x; // OK
接口变量必须引用实现了接口的类对象:
- x = new Implementation(. . .); // OK provided Implementation implements Concept
接下来, 如同使用 instanceof 检查一个对象是否属于某个特定类一样, 也可以使用 instanceof检查一个对象是否实现了某个特定的接口:
- if(x instanceof Concept){
- ...
- }
另外,与可以建立类的继承关系一样,「接口也可以被继承」:
- public interface Concept1 {
- void idea1();
- void idea2();
- }
- -------------------------------------------
- public interface Concept2 extends Concept1{
- double idea3();
- }
当然,读到这里大家可能依然无法理解,既然有了抽象类,为什么 Java 程序设计语言还要不辞辛苦地引入接口这个概念?
很重磅!因为「一个类可以实现多个接口,但是一个类只能继承一个父类」。正是接口的出现打破了 Java 这种单继承的局限,为定义类的行为提供了极大的灵活性。
- class Implementation implements Concept1, Concept2 // OK
有一条实际经验:在合理的范围内尽可能地抽象。显然,接口比抽象类还要抽象。因此,一般更倾向使用接口而不是抽象类。
4. Java 8 接口新特性
上文提过一嘴,「在 Java 8 中,允许在接口中增加静态方法和默认方法」。理论上讲,没有任何理由认为这是不合法的,只是这有违于将接口作为抽象规范的初衷。举个例子:
- public interface Concept {
- // 静态方法
- public static void get(String name){
- System.out.println("hello " + name);
- }
- // 默认方法
- default void idea1(){
- System.out.println("this is idea1");
- };
- }
用 default 修饰符标记的方法就是默认方法,这样子类就不需要去实现这个方法了。
不过,引入默认方法后,就出现了一个「默认方法冲突」的问题。如果先在一个接口 A 中将一个方法 idea 定义为默认方法, 然后又在另一个接口 B 或者超类 C 中定义了同样的方法 idea,然后类 D 实现了这两个接口 A 和 B(或超类 C)。于是类 D 中就有了方法 idea 的两个默认实现,出现了冲突,为此,Java 制定了一套规则来解决这个二义性问题:
1 ) 「超类优先」。如果超类提供了一个具体方法,接口中的同名且有相同参数类型的默认方法会被忽略。
2 ) 「接口冲突」。如果一个父类接口提供了一个默认方法,另一个父类接口也提供了一个同名而且参数类型相同的方法,子类必须覆盖这个方法来解决冲突。例如:
- interface A {
- default void idea(){
- System.out.println("this is A");
- }
- }
- interface B {
- default void idea(){
- System.out.println("this is B");
- }
- }
- // 需要在 D 类中覆盖 idea 方法
- class D implements A, B{
- public void getName(){
- System.out.println("this is D");
- }
- }
现在假设 B接口没有为 idea 提供默认实现:
- interface B {
- void idea();
- }
那么 D 类会直接从 A 接口继承默认方法吗?这好像挺有道理, 不过,Java 设计者更强调一致性。两个接口如何冲突并不重要,「只要有一个接口提供了一个默认实现,编译器就会报告错误, 我们就必须解决这个二义性」。
当然,如果两个接口都没有为共享方法提供默认实现, 那么就与 Java 8 之前的情况一样,这里不存在冲突。
5. 接口存在的意义
在我自己早期学习编程的时候,对接口存在的意义实在困惑,我自己乱写代码的时候基本上不可能意识到需要去写接口,不知道接口到底有什么用,为什么要定义接口,感觉定义接口只是提前做了个多余的工作。
其实不是,定义接口并非多余,「接口是用来提供公用的方法,规定子类的行为的」。举个例子,让大家直观的感受下接口的作用:
比如有个网站, 需要保存不同客户的信息, 有些客户从 Web 网站来, 有些客户从手机客户端来, 有些客户直接从后台管理系统录入。假设不同来源的客户有不同的处理业务流程, 这个时候我们定义接口来提供一个保存客户信息的方法,然后不同的平台实现我们这个保存客户信息的接口,以后保存客户信息的话, 我们只需要知道这个接口就可以了,具体调用的方法被封装成了黑盒子,这也就是 Java 的多态的体现,「接口帮助我们对这些有相同功能的方法做了统一管理」。
再比如说,我们要做一个画板程序,其中里面有一个面板类,主要负责绘画功能,然后你就定义了这个类,可是在不久的将来,你突然发现这个类满足不了你了,然后你又要重新设计这个类,更糟糕是你可能要废弃这个现有的类,那么其他引用这个类的地方也需要做出修改,显然这样非常麻烦。
如果你一开始定义了一个接口,把绘画功能放在这个接口里,然后定义类时实现这个接口,那么你只需要用这个接口去引用实现它的类就行了,以后要修改的话只不过是引用另一个类而已。「接口的使用提高了代码的可维护性和可扩展性」。
另外,从这两个例子我们也能看出,接口不仅「降低了代码的耦合度」,而且仅仅描叙了程序对外的服务,不涉及任何具体的实现细节,这样也就比较「安全」一些。