理解抽象类

abstract class和interface在Java语言中都是用来进行抽象类（本文中的抽象类并非从abstract class翻译而来，它表示的是一个抽象体，而abstract class为Java语言中用于定义抽象类的一种方法，请读者注意区分）定义的，那么什么是抽象类，使用抽象类能为我们带来什么好处呢？

在面向对象的概念中，我们知道所有的对象都是通过类来描绘的，但是反过来却不是这样。并不是所有的类都是用来描绘对象的，如果一个类中没有包含足够的信息来描绘一个具体的对象，这样的类就是抽象类。抽象类往往用来表征我们在对问题领域进行分析、设计中得出的抽象概念，是对一系列看上去不同，但是本质上相同的具体概念的抽象。比如：如果我们进行一个图形编辑软件的开发，就会发现问题领域存在着圆、三角形这样一些具体概念，它们是不同的，但是它们又都属于形状这样一个概念，形状这个概念在问题领域是不存在的，它就是一个抽象概念。正是因为抽象的概念在问题领域没有对应的具体概念，所以用以表征抽象概念的抽象类是不能够实例化的。

在面向对象领域，抽象类主要用来进行类型隐藏。我们可以构造出一个固定的一组行为的抽象描述，但是这组行为却能够有任意个可能的具体实现方式。这个抽象描述就是抽象类，而这一组任意个可能的具体实现则表现为所有可能的派生类。模块可以操作一个抽象体。由于模块依赖于一个固定的抽象体，因此它可以是不允许修改的；同时，通过从这个抽象体派生，也可扩展此模块的行为功能。熟悉OCP的读者一定知道，为了能够实现面向对象设计的一个最核心的原则OCP(Open-Closed Principle)，抽象类是其中的关键所在。

从语法定义层面看abstract class和interface

在语法层面，Java语言对于abstract class和interface给出了不同的定义方式，下面以定义一个名为Demo的抽象类为例来说明这种不同。

使用abstract class的方式定义Demo抽象类的方式如下：

abstract class Demo ｛  
 abstract void method1();  
 abstract void method2();  
 …  
｝

使用interface的方式定义Demo抽象类的方式如下：

interface Demo {  
 void method1();  
 void method2();  
 …  
}

在abstract class方式中，Demo可以有自己的数据成员，也可以有非abstarct的成员方法，而在interface方式的实现中，Demo只能够有静态的不能被修改的数据成员（也就是必须是static final的，不过在interface中一般不定义数据成员），所有的成员方法都是abstract的。从某种意义上说，interface是一种特殊形式的abstract class。

从编程的角度来看，abstract class和interface都可以用来实现"design by contract"的思想。但是在具体的使用上面还是有一些区别的。

首先，abstract class在Java语言中表示的是一种继承关系，一个类只能使用一次继承关系。但是，一个类却可以实现多个interface。也许，这是Java语言的设计者在考虑Java对于多重继承的支持方面的一种折中考虑吧。

其次，在abstract class的定义中，我们可以赋予方法的默认行为。但是在interface的定义中，方法却不能拥有默认行为，为了绕过这个限制，必须使用委托，但是这会 增加一些复杂性，有时会造成很大的麻烦。

在抽象类中不能定义默认行为还存在另一个比较严重的问题，那就是可能会造成维护上的麻烦。因为如果后来想修改类的界面（一般通过abstract class或者interface来表示）以适应新的情况（比如，添加新的方法或者给已用的方法中添加新的参数）时，就会非常的麻烦，可能要花费很多的时间（对于派生类很多的情况，尤为如此）。但是如果界面是通过abstract class来实现的，那么可能就只需要修改定义在abstract class中的默认行为就可以了。

同样，如果不能在抽象类中定义默认行为，就会导致同样的方法实现出现在该抽象类的每一个派生类中，违反了"one rule，one place"原则，造成代码重复，同样不利于以后的维护。因此，在abstract class和interface间进行选择时要非常的小心。

从设计理念层面看abstract class和interface

上面主要从语法定义和编程的角度论述了abstract class和interface的区别，这些层面的区别是比较低层次的、非本质的。本小节将从另一个层面：abstract class和interface所反映出的设计理念，来分析一下二者的区别。作者认为，从这个层面进行分析才能理解二者概念的本质所在。

前面已经提到过，abstarct class在Java语言中体现了一种继承关系，要想使得继承关系合理，父类和派生类之间必须存在"is a"关系，即父类和派生类在概念本质上应该是相同的（参考文献〔3〕中有关于"is a"关系的大篇幅深入的论述，有兴趣的读者可以参考）。对于interface 来说则不然，并不要求interface的实现者和interface定义在概念本质上是一致的，仅仅是实现了interface定义的契约而已。为了使论述便于理解，下面将通过一个简单的实例进行说明。

考虑这样一个例子，假设在我们的问题领域中有一个关于Door的抽象概念，该Door具有执行两个动作open和close，此时我们可以通过abstract class或者interface来定义一个表示该抽象概念的类型，定义方式分别如下所示：

使用abstract class方式定义Door：

abstract class Door {  
 abstract void open();  
 abstract void close()；  
}

使用interface方式定义Door：

interface Door {  
 void open();  
 void close();  
}

其他具体的Door类型可以extends使用abstract class方式定义的Door或者implements使用interface方式定义的Door。看起来好像使用abstract class和interface没有大的区别。

如果现在要求Door还要具有报警的功能。我们该如何设计针对该例子的类结构呢（在本例中，主要是为了展示abstract class和interface反映在设计理念上的区别，其他方面无关的问题都做了简化或者忽略）？下面将罗列出可能的解决方案，并从设计理念层面对这些不同的方案进行分析。

解决方案一：

简单的在Door的定义中增加一个alarm方法，如下：

abstract class Door {  
 abstract void open();  
 abstract void close()；  
 abstract void alarm();  
}

或者

interface Door {  
 void open();  
 void close();  
 void alarm();  
}

那么具有报警功能的AlarmDoor的定义方式如下：

class AlarmDoor extends Door {  
 void open() { … }  
 void close() { … }  
 void alarm() { … }  
}

或者

class AlarmDoor implements Door ｛  
 void open() { … }  
 void close() { … }  
 void alarm() { … }  
｝

这种方法违反了面向对象设计中的一个核心原则ISP（Interface Segregation Priciple），在Door的定义中把Door概念本身固有的行为方法和另外一个概念"报警器"的行为方法混在了一起。这样引起的一个问题是那些仅仅依赖于Door这个概念的模块会因为"报警器"这个概念的改变（比如：修改alarm方法的参数）而改变，反之依然。

解决方案二：

既然open、close和alarm属于两个不同的概念，根据ISP原则应该把它们分别定义在代表这两个概念的抽象类中。定义方式有：这两个概念都使用abstract class方式定义；两个概念都使用interface方式定义；一个概念使用abstract class方式定义，另一个概念使用interface方式定义。

显然，由于Java语言不支持多重继承，所以两个概念都使用abstract class方式定义是不可行的。后面两种方式都是可行的，但是对于它们的选择却反映出对于问题领域中的概念本质的理解、对于设计意图的反映是否正确、合理。我们一一来分析、说明。

如果两个概念都使用interface方式来定义，那么就反映出两个问题：1、我们可能没有理解清楚问题领域，AlarmDoor在概念本质上到底是Door还是报警器？2、如果我们对于问题领域的理解没有问题，比如：我们通过对于问题领域的分析发现AlarmDoor在概念本质上和Door是一致的，那么我们在实现时就没有能够正确的揭示我们的设计意图，因为在这两个概念的定义上（均使用interface方式定义）反映不出上述含义。

如果我们对于问题领域的理解是：AlarmDoor在概念本质上是Door，同时它有具有报警的功能。我们该如何来设计、实现来明确的反映出我们的意思呢？前面已经说过，abstract class在Java语言中表示一种继承关系，而继承关系在本质上是"is a"关系。所以对于Door这个概念，我们应该使用abstarct class方式来定义。另外，AlarmDoor又具有报警功能，说明它又能够完成报警概念中定义的行为，所以报警概念可以通过interface方式定义。如下所示：

abstract class Door {  
 abstract void open();  
 abstract void close()；  
}  
interface Alarm {  
 void alarm();  
}  
class AlarmDoor extends Door implements Alarm {  
 void open() { … }  
 void close() { … }  
    void alarm() { … }  
}

这种实现方式基本上能够明确的反映出我们对于问题领域的理解，正确的揭示我们的设计意图。其实abstract class表示的是"is a"关系，interface表示的是"like a"关系，大家在选择时可以作为一个依据，当然这是建立在对问题领域的理解上的，比如：如果我们认为AlarmDoor在概念本质上是报警器，同时又具有Door的功能，那么上述的定义方式就要反过来了。

两个功能，而如果接口的话就没问题。 
抽象类是比接口稍快，所以很在乎时间的应用尽量使用抽象类。 
如果多个继承层次的共同行为在同一个地方编写更好，那么抽象类会是更好的选择。有时候可以在接口里定义函数但是在抽象类里默认功能就能实现接口和抽象类共同工作了。 
用Java设计一个并发规则管道？ 
并发编程和并行设计非常热门，因为它能更高效地利用现在越来越先进的处理器，而且Java被认为是多线程语言也主要因为此原因。设计一个并发系统的关键在于线程安全、不可变

性、本地变量，还有避免使用局部变量和实例变量。你只需要保证多个线程能够在同一时间执行同一个类，所以最佳解决方案就是每个线程只操作自己的数据，尽量使用最小的同步

，尤其是在管道开始时。这个问题可以从初始讨论到最终类和接口的编写实现，但是只要你记得注意并发问题的关键，比如竞争状态、死锁、内存冲突、原子操作、ThreadLocal变

量等等，尽量绕过这些问题。 
       1.abstract class 在 Java 语言中表示的是一种继承关系，一个类只能使用一次继承关系。但是，一个类却可以实现多个interface。

　　2.在abstract class 中可以有自己的数据成员，也可以有非abstarct的成员方法，而在interface中，只能够有静态的不能被修改的数据成员（也就是必须是 static final的，不过

在 interface中一般不定义数据成员），所有的成员方法都是abstract的。

　　3.abstract class和interface所反映出的设计理念不同。其实abstract class表示的是"is-a"关系，interface表示的是"like-a"关系。

　　4.实现抽象类和接口的类必须实现其中的所有方法。抽象类中可以有非抽象方法。接口中则不能有实现方法。

　　5.接口中定义的变量默认是public static final 型，且必须给其初值，所以实现类中不能重新定义，也不能改变其值。

　　6.抽象类中的变量默认是 friendly 型，其值可以在子类中重新定义，也可以重新赋值。

　　7.接口中的方法默认都是 public,abstract 类型的。 
    
super和this的区别+接口和抽象类的区别 ： 
  1.super可以理解成是指向父类对象的引用，可以在子类里，使用super调用父类里被覆盖掉的方 
  法或者变量。this可以理解为指向自身对象的引用，可以调用同一个类中的方法或变量。 
2.静态变量和静态方法都是属于类的，也就是说，可以不用new一个对象，而直接用类来调用， 
  静态变量在内存中只有一份拷贝，类的所有实例共享静态变量。 
3.继承使用extends关键字实现，eg: class Dog extends Animal{}。 
4.接口和抽象类的区别： 
  1.接口体现的是一种规范，抽象类体现的是模板式设计。 
  2.接口里的方法全部是抽象方法，抽象类里可以有方法实现。 
  3.接口里不可以定义静态方法，抽象类里可以。 
  4.接口里的变量全部为静态常量，抽象类里可以有普通变量。 
  5.接口里不可以有构造函数和初始化块，抽象类里可以有。 
  6.一个类可以实现多个接口，但只能继承一个抽象类。

“接口是完全抽象的成员集合，它的成员都无法在接口定义时实现，我们可以将它看作是为操作定义合同，接口的实现完全留给开发者去做。它们之间的区别，如果认真分析，还是

有不少的：在JAVA中，类只能是从一个基类继承，所以如果要使用抽象类为一组类提供多态性，这些类必须都是从那个类继承的；接口就不一样了，它不但可以用一个类或结构实

现多个接口，一个接口还可以有多个实现。”

抽象类是一种不能实例化而必须从中继承的类。抽象类可以完全实现，但更常见的是部分实现或者根本不实现，从而封装继承类的通用功能，它可以提供已实现的成员，因此，可以

用抽象类确保特定数量的相同功能，但不能用接口这样做。 
“也就是说，它们在提供多态性的问题上是有差别的

有个通用的设计思想，如果要设计小而简练的功能块，则使用接口。如果要设计大的功能单元，则使用抽象类。”

如果使用适当，接口可以成为很有用的工具。但如果使用不当，它们会变得非常棘手，甚至妨碍有效的编程。接口的设计与使用其实是一项高明的艺术。”

“通过接口与实现的方式，我们可以将同一类型的程序运用在不同的对象上面，而且不必修改原有类，相对子程序必须通过修改源程序代码才能够达到重用的目的，接口与实现不仅

是伟大的进步，也是境界极高的程序设计艺术。”

接口是一种非常有效的编程方法，它让对象的定义与实现分离，从而可以在不破坏现有应用程序的情况下使对象得以完善与进化。接口消除了实现继承的一个大问题，就是在对设

计实施后再对其进行更改时很可能对代码产生破坏。即使实现继承允许类从基类继承实现，在类首次发布时仍然会使我们不得不为设计做很多的抉择。如果原有的设想不正确，并非

总可以在以后的版本中对代码进行安全的更改。比如，我们定义了一个基类的方法，它需要一个 Integer 参数，而后来又确定该参数应该为 Long 数据类型。我们无法安全更改原始

类，因为为从原始类派生的类所设计的应用程序可能无法进行正确编译。这一问题会扩大化，因为单个基类会影响几百个子类。”

在应用程序要求很多可能不相关的对象类型以提供某种功能的情况下，用接口适用性会更强；接口比基类更灵活，因为可以定义单个实现来实现多个接口；在无需从基类继承实现

的情况下，接口更好；在无法使用类继承的情况下接口是很有用的。例如，结构无法从类继承，但它们可以实现接口。”

“但是，最大的问题还是集中在接口设计上。接口一旦被定义和接受，就必须保持不变，以保护为使用该接口而编写的应用程序。接口发布后，就不能对其进行更改。这是我们进行

组件设计的一个重要原则，叫做‘接口不变性’。” 
   创建一个接口就是在创建一个定义，接口定义发布后则永远不能更改。接口不变性，就是为了保护为使用接口而编写的现有系统。当接口设计与需求有所出入，确认需要大幅度变

更时，我们应该创建新的接口。