什么是抽象類(lèi)和接口？ 區(qū)別在哪里？
不同的編程語(yǔ)言對(duì)接口和抽象類(lèi)的定義方式可能有些差別，但是差別并不大。本文使用 Java 語(yǔ)言。
抽象類(lèi)
下面我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)看一個(gè)典型的抽象類(lèi)的使用場(chǎng)景。
Logger 是一個(gè)記錄日志的抽象類(lèi)，F(xiàn)ileLogger 和 MessageQueueLogger 繼承Logger，分別實(shí)現(xiàn)兩種不同的日志記錄方式：
- 記錄日志到文件中
- 記錄日志到消息隊(duì)列中
FileLogger 和 MessageQueuLogger 兩個(gè)子類(lèi)復(fù)用了父類(lèi) Logger 中的name、enabled 以及 minPermittedLevel 屬性和 log 方法，但是因?yàn)閮蓚€(gè)子類(lèi)寫(xiě)日志的方式不同，他們又各自重寫(xiě)了父類(lèi)中的doLog方法。
父類(lèi)
import java.util.logging.Level;
/**
* 抽象父類(lèi)
* @author yanliang
* @date 9/27/2020 5:59 PM
*/
public abstract class Logger {
private String name;
private boolean enabled;
private Level minPermittedLevel;
public Logger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel) {
this.name = name;
this.enabled = enabled;
this.minPermittedLevel = minPermittedLevel;
}
public void log(Level level, String message) {
boolean loggable = enabled && (minPermittedLevel.intValue() <= level.intValue());
if(!loggable) return;
doLog(level, message);
}
protected abstract void doLog(Level level, String message);
}FileLogger
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.Writer;
import java.util.logging.Level;
/**
* 抽象類(lèi)Logger的子類(lèi)：輸出日志到文件中
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 4:44 PM
*/
public class FileLogger extends Logger {
private Writer fileWriter;
public FileLogger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel, String filePath) throws IOException {
super(name, enabled, minPermittedLevel);
this.fileWriter = new FileWriter(filePath);
}
@Override
protected void doLog(Level level, String message) {
// 格式化level 和 message，輸出到日志文件
fileWriter.write(...);
}
}MessageQueuLogger
import java.util.logging.Level;
/**
* 抽象類(lèi)Logger的子類(lèi)：輸出日志到消息隊(duì)列中
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 6:39 PM
*/
public class MessageQueueLogger extends Logger {
private MessageQueueClient messageQueueClient;
public MessageQueueLogger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel, MessageQueueClient messageQueueClient) {
super(name, enabled, minPermittedLevel);
this.messageQueueClient = messageQueueClient;
}
@Override
protected void doLog(Level level, String message) {
// 格式化level 和 message，輸出到消息隊(duì)列中
messageQueueClient.send(...)
}
}通過(guò)上面的例子，我們來(lái)看下抽象類(lèi)有哪些特性。
- 抽象類(lèi)不能被實(shí)例化，只能被繼承。（new 一個(gè)抽象類(lèi)，會(huì)報(bào)編譯錯(cuò)誤）
- 抽象類(lèi)可以包含屬性和方法。方法既可以包含實(shí)現(xiàn)，也可以不包含實(shí)現(xiàn)。不包含實(shí)現(xiàn)的方法叫做抽象方法
- 子類(lèi)繼承抽象類(lèi)，必須實(shí)現(xiàn)抽象類(lèi)中的所有抽象方法。
接口
同樣的，下面我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)看下接口的使用場(chǎng)景。
/**
* 過(guò)濾器接口
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 6:46 PM
*/
public interface Filter {
void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException;
}
/**
* 接口實(shí)現(xiàn)類(lèi)：鑒權(quán)過(guò)濾器
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 6:48 PM
*/
public class AuthencationFilter implements Filter {
@Override
public void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {
// 鑒權(quán)邏輯
}
}
/**
* 接口實(shí)現(xiàn)類(lèi)：限流過(guò)濾器
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 6:48 PM
*/
public class RateLimitFilter implements Filter{
@Override
public void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {
// 限流邏輯
}
}
/**
* 過(guò)濾器使用demo
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 6:48 PM
*/
public class Application {
// 過(guò)濾器列表
private List<Filter> filters = new ArrayList<>();
filters.add(new AuthencationFilter());
filters.add(new RateLimitFilter());
public void handleRpcRequest(RpcRequest req) {
try {
for (Filter filter : filters) {
filter.doFilter(req);
}
} catch (RpcException e) {
// 處理過(guò)濾結(jié)果
}
// ...
}
}上面的案例是一個(gè)典型的接口使用場(chǎng)景。通過(guò)Java中的 interface 關(guān)鍵字定義了一個(gè)Filter 接口，AuthencationFilter 和 RetaLimitFilter 是接口的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類(lèi)，分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)Rpc請(qǐng)求的鑒權(quán)和限流的過(guò)濾功能。
下面我們來(lái)看下接口的特性：
- 接口不能包含屬性（也就是成員變量）
- 接口只能聲明方法，方法不能包含代碼實(shí)現(xiàn)
- 類(lèi)實(shí)現(xiàn)接口時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)接口中生命的所有方法。
綜上，從語(yǔ)法上對(duì)比，這兩者有比較大的區(qū)別，比如抽象類(lèi)中可以定義屬性、方法的實(shí)現(xiàn)，而接口中不能定義屬性，方法也不能包含實(shí)現(xiàn)等。
除了語(yǔ)法特性的不同外，從設(shè)計(jì)的角度，這兩者也有較大區(qū)別。抽象類(lèi)本質(zhì)上就是類(lèi)，只不過(guò)是一種特殊的類(lèi)，這種類(lèi)不能被實(shí)例化，只能被子類(lèi)繼承。屬于is-a的關(guān)系。接口則是 has-a 的關(guān)系，表示具有某些功能。對(duì)于接口，有一個(gè)更形象的叫法：協(xié)議（contract）
抽象類(lèi)和接口解決了什么問(wèn)題？
下面我們先來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題~
抽象類(lèi)的存在意義是為了解決代碼復(fù)用的問(wèn)題（多個(gè)子類(lèi)可以繼承抽象類(lèi)中定義的屬性哈方法，避免在子類(lèi)中，重復(fù)編寫(xiě)相同的代碼）。
那么，既然繼承本身就能達(dá)到代碼復(fù)用的目的，而且繼承也不一定非要求是抽象類(lèi)。我們不適用抽象類(lèi)，貌似也可以實(shí)現(xiàn)繼承和復(fù)用。從這個(gè)角度上講，我們好像并不需要抽象類(lèi)這種語(yǔ)法呀。那抽象類(lèi)除了解決代碼復(fù)用的問(wèn)題，還有其他存在的意義嗎？
這里大家可以先思考一下哈~
我們還是借用上面Logger的例子，首先對(duì)上面的案例實(shí)現(xiàn)做一些改造。在改造之后的實(shí)現(xiàn)中，Logger不再是抽象類(lèi)，只是一個(gè)普通的父類(lèi)，刪除了Logger中的兩個(gè)方法，新增了 isLoggable()方法。FileLogger 和 MessageQueueLogger 還是繼承Logger父類(lèi)已達(dá)到代碼復(fù)用的目的。具體代碼如下：
/**
* 父類(lèi)：非抽象類(lèi)，就是普通的類(lèi)
* @author yanliang
* @date 9/27/2020 5:59 PM
*/
public class Logger {
private String name;
private boolean enabled;
private Level minPermittedLevel;
public Logger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel) {
this.name = name;
this.enabled = enabled;
this.minPermittedLevel = minPermittedLevel;
}
public boolean isLoggable(Level level) {
return enabled && (minPermittedLevel.intValue() <= level.intValue());
}
}
/**
* 抽象類(lèi)Logger的子類(lèi)：輸出日志到文件中
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 4:44 PM
*/
public class FileLogger extends Logger {
private Writer fileWriter;
public FileLogger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel, String filePath) throws IOException {
super(name, enabled, minPermittedLevel);
this.fileWriter = new FileWriter(filePath);
}
protected void log(Level level, String message) {
if (!isLoggable(level)) return ;
// 格式化level 和 message，輸出到日志文件
fileWriter.write(...);
}
}
package com.yanliang.note.java.abstract_demo;
import java.util.logging.Level;
/**
* 抽象類(lèi)Logger的子類(lèi)：輸出日志到消息隊(duì)列中
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 6:39 PM
*/
public class MessageQueueLogger extends Logger {
private MessageQueueClient messageQueueClient;
public MessageQueueLogger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel, MessageQueueClient messageQueueClient) {
super(name, enabled, minPermittedLevel);
this.messageQueueClient = messageQueueClient;
}
protected void log(Level level, String message) {
if (!isLoggable(level)) return ;
// 格式化level 和 message，輸出到消息隊(duì)列中
messageQueueClient.send(...)
}
}以上實(shí)現(xiàn)雖然達(dá)到了代碼復(fù)用的目的（復(fù)用了父類(lèi)中的屬性），但是卻無(wú)法使用多態(tài)的特性了。
像下面這樣編寫(xiě)代碼就會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤，因?yàn)長(zhǎng)ogger中并沒(méi)有定義log（）方法。
Logger logger = new FileLogger("access-log", true, Level.WARN, "/user/log");
logger.log(Level.ERROR, "This is a test log message.");如果我們?cè)诟割?lèi)中，定義一個(gè)空的log（）方法，讓子類(lèi)重寫(xiě)父類(lèi)的log（）方法，實(shí)現(xiàn)自己的記錄日志邏輯。使用這種方式是否能夠解決上面的問(wèn)題呢？ 大家可以先思考下~
這個(gè)思路可以用使用，但是并不優(yōu)雅，主要有一下幾點(diǎn)原因：
- 在Logger中定義一個(gè)空的方法，會(huì)影響代碼的可讀性。如果不熟悉Logger背后的設(shè)計(jì)思想，又沒(méi)有代碼注釋的話(huà)，在閱讀Logger代碼時(shí)就會(huì)感到疑惑（為什么這里會(huì)存在一個(gè)空的log（）方法）
- 當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新的子類(lèi)繼承Logger父類(lèi)時(shí)，有時(shí)可能會(huì)忘記重新實(shí)現(xiàn)log方法。之前是基于抽象類(lèi)的設(shè)計(jì)思想，編譯器會(huì)強(qiáng)制要求子類(lèi)重寫(xiě)父類(lèi)的log方法，否則就會(huì)報(bào)編譯錯(cuò)誤。
- Logger可以被實(shí)例化，這也就意味著這個(gè)空的log方法有可能會(huì)被調(diào)用。這就增加了類(lèi)被誤用的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，這個(gè)問(wèn)題 可以通過(guò)設(shè)置私有的構(gòu)造函數(shù)的方式來(lái)解決，但是不如抽象類(lèi)優(yōu)雅。
抽象類(lèi)更多是為了代碼復(fù)用，而接口更側(cè)重于解耦。接口是對(duì)行為的一種抽象，相當(dāng)于一組協(xié)議或者契約（可類(lèi)比API接口）。調(diào)用者只需要關(guān)心抽象的接口，不需要了解具體的實(shí)現(xiàn)，具體的實(shí)現(xiàn)代碼對(duì)調(diào)用者透明。接口實(shí)現(xiàn)了約定和實(shí)現(xiàn)相分離，可以降低代碼間的耦合，提高代碼的可擴(kuò)展性。
實(shí)際上，接口是一個(gè)比抽象類(lèi)應(yīng)用更加廣泛、更加重要的知識(shí)點(diǎn)。比如，我們經(jīng)常提到的 ”基于接口而非實(shí)現(xiàn)編程“ ,就是一條幾乎天天會(huì)用到的，并且能極大的提高代碼的靈活性、擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)思想。
如何模擬抽象類(lèi)和接口
在前面列舉的例子中，我們使用Java的接口實(shí)現(xiàn)了Filter過(guò)濾器。不過(guò)，在 C++ 中只提供了抽象類(lèi)，并沒(méi)有提供接口，那從代碼的角度上說(shuō)，是不是就無(wú)法實(shí)現(xiàn) Filter 的設(shè)計(jì)思路了呢？ 大家可以先思考下 ?? ~
我們先會(huì)議下接口的定義：接口中沒(méi)有成員變量，只有方法聲明，沒(méi)有方法實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)接口的類(lèi)必須實(shí)現(xiàn)接口中的所有方法。主要滿(mǎn)足以上幾點(diǎn)從設(shè)計(jì)的角度上來(lái)說(shuō)，我們就可以把他叫做接口。
實(shí)際上，要滿(mǎn)足接口的這些特性并不難。下面我們來(lái)看下實(shí)現(xiàn)：
class Strategy {
public:
-Strategy();
virtual void algorithm()=0;
protected:
Strategy();
}抽象類(lèi) Strategy 沒(méi)有定義任何屬性，并且所有的方法都聲明為 virtual 類(lèi)型（等同于Java中的abstract關(guān)鍵字），這樣，所有的方法都不能有代碼實(shí)現(xiàn)，并且所有繼承了這個(gè)抽象類(lèi)的子類(lèi)，都要實(shí)現(xiàn)這些方法。從語(yǔ)法特性上看，這個(gè)抽象類(lèi)就相當(dāng)于一個(gè)接口。
處理用抽象類(lèi)來(lái)模擬接口外，我們還可以用普通類(lèi)來(lái)模擬接口。具體的Java實(shí)現(xiàn)如下所示：
public class MockInterface {
protected MockInteface();
public void funcA() {
throw new MethodUnSupportedException();
}
}我們知道類(lèi)中的方法必須包含實(shí)現(xiàn)，這個(gè)不符合接口的定義。但是，我們可以讓類(lèi)中的方法拋出 MethodUnSupportedException 異常，來(lái)模擬不包含實(shí)現(xiàn)的接口，并且強(qiáng)迫子類(lèi)來(lái)繼承這個(gè)父類(lèi)的時(shí)候，都主動(dòng)實(shí)現(xiàn)父類(lèi)的方法，否則就會(huì)在運(yùn)行時(shí)拋出異常。
那又如何避免這個(gè)類(lèi)被實(shí)例化呢？ 實(shí)際上很簡(jiǎn)單，我們只需要將這個(gè)類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)聲明為 protected 訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限就可以了。
如何決定該用抽象還是接口？
上面的講解可能偏理論，現(xiàn)在我們就從真實(shí)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看下。在代碼設(shè)計(jì)/編程時(shí)，什么時(shí)候該用接口？什么時(shí)候該用抽象類(lèi)？
實(shí)際上，判斷的標(biāo)準(zhǔn)很簡(jiǎn)單。如果我們需要一種is-a關(guān)系，并且是為了解決代碼復(fù)用的問(wèn)題，就用抽象類(lèi)。如果我們需要的是一種has-a關(guān)系，并且是為了解決抽象而非代碼復(fù)用問(wèn)題，我們就用接口。
從類(lèi)的繼承層次來(lái)看，抽象類(lèi)是一種自下而上的設(shè)計(jì)思路，先有子類(lèi)的代碼復(fù)用，然后再抽象成上層的父類(lèi)（也就是抽象類(lèi)）。而接口則相反，它是一種自上而下的設(shè)計(jì)思路，我們?cè)诰幊痰臅r(shí)候，一般都是先設(shè)計(jì)接口，再去思考具體實(shí)現(xiàn)。
好了，你是否掌握了上面的內(nèi)容呢。你可以通過(guò)一下幾個(gè)維度來(lái)回顧自檢一下：
- 抽象類(lèi)和接口的語(yǔ)法特性
- 抽象類(lèi)和接口存在的意義
- 抽象類(lèi)和接口的應(yīng)用場(chǎng)景有哪些
以上就是 Java 抽象類(lèi)和接口的區(qū)別的詳細(xì)內(nèi)容，想要了解更多關(guān)于 Java 抽象類(lèi)和接口的其他資料，可以搜索W3Cschool其它相關(guān)技術(shù)文章！也希望大家能夠多多關(guān)注和支持我們！
