如何理解Java中接口存在的意義
0. 前言
在我自己早期學(xué)習(xí)編程的時(shí)候，對(duì)接口存在的意義實(shí)在困惑，我自己亂寫代碼的時(shí)候基本上不可能意識(shí)到需要去寫接口，不知道接口到底有什么用，為什么要定義接口，感覺定義接口只是 提前做了個(gè)多余的工作。
這里我先拋出一個(gè)形象的解釋，大家?guī)е@個(gè)解釋結(jié)合全文來理解接口存在的意義是什么：
我們把電腦主板上的內(nèi)存插槽，顯卡插槽等類比為接口，為什么在主板上搞這么多插槽呢？多浪費(fèi)機(jī)箱空間啊？直接用電烙鐵把顯卡和內(nèi)存的引腳一根一根焊到主板上不就得了（手動(dòng)滑稽）。估計(jì)讀到這里大伙兒心里也大概明白了接口的大致作用，焊死了后，如果你焊錯(cuò)位置了或者拆電腦的時(shí)候，就需要使用電烙鐵進(jìn)行拆裝，多愚蠢哦。
全文脈絡(luò)思維導(dǎo)圖如下：
1. 什么是抽象類
在講解接口之前，抽象類是繞不過去的一個(gè)概念，接口可以認(rèn)為是一個(gè)比抽象類還要抽象的類。
什么是抽象類？「包含一個(gè)或多個(gè)抽象方法的類就是抽象類，抽象方法即沒有方法體的方法」，抽象方法和抽象類都必須聲明為 abstract。例如：
- // 抽象類
- public abstract class Person {
- // 抽象方法
- public abstract String getDescription();
- }
切記！「除了抽象方法之外，抽象類還可以包含具體數(shù)據(jù)和具體方法」。例如， 抽象類 Person 還保存著姓名和一個(gè)返回姓名的具體方法：
- public abstract class Person{
- private String name;
- public Person(String name){
- this.name = name ;
- }
- public abstract String getDescription();
- public String getName(){
- return name;
- }
- }
❝ 許多程序員都會(huì)「錯(cuò)誤」的認(rèn)為，在抽象類中不能包含具體方法。其實(shí)這也是接口和抽象類的不同之處，接口中是不能包含具體方法的。 ❞
「抽象類不能被實(shí)例化」。也就是說，如果將一個(gè)類聲明為 abstract, 就不能創(chuàng)建這個(gè)類的對(duì)象。
- new Person("Jack"); // Error
可以定義一個(gè)抽象類的對(duì)象變量， 但是它只能引用非抽象子類的對(duì)象。假設(shè) Student 類是 Person 的非抽象子類：
- Person p = new Student("Jack"); // Right
所謂非抽象子類就是說，如果創(chuàng)建一個(gè)繼承抽象類的子類并為之創(chuàng)建對(duì)象，那么就「必須為父類的所有抽象方法提供方法定義」。如果不這么做（可以選擇不做），子類仍然是一個(gè)抽象類，編譯器會(huì)強(qiáng)制我們?yōu)樾骂惣由?abstract 關(guān)鍵字。
下面定義擴(kuò)展抽象類 Person 的具體子類 Student：
- public class Student extends Person {
- private String major;
- public Student(String name, String major) {
- super(name);
- this.major = major;
- }
- @Override
- public String getDescription(){ // 實(shí)現(xiàn)父類抽象方法
- return "a student majoring in " + major;
- }
- }
在 Student 類中實(shí)現(xiàn)了父類中的抽象方法 getDescription 。因此，「在 Student類中的全部方法都是非抽象的， 這個(gè)類不再是抽象類」。
調(diào)用如下：
- Person p = new Student("Jack","Computer Science");
- p.getDescription();
由于不能構(gòu)造抽象類 Person的對(duì)象， 所以變量 p 永遠(yuǎn)不會(huì)引用 Person 對(duì)象， 而是引用諸如 Student這樣的具體子類對(duì)象， 而這些對(duì)象中都重寫了 getDescription方法。
2. 什么是接口
接口的本質(zhì)其實(shí)也是一個(gè)類，而且是一個(gè)比抽象類還要抽象的類。怎么說呢？抽象類是能夠包含具體方法的，而接口杜絕了這個(gè)可能性，「在 Java 8 之前，接口非常純粹，只能包含抽象方法，也就是沒有方法體的方法」。而 Java 8 中接口出現(xiàn)了些許的變化，開始允許接口包含默認(rèn)方法和靜態(tài)方法，這個(gè)下文會(huì)講解。
Java 使用關(guān)鍵字 interface 而不是 class 來創(chuàng)建接口。和類一樣，通常我們會(huì)在關(guān)鍵字 interface 前加上 public 關(guān)鍵字，否則接口只有包訪問權(quán)限，只能在接口相同的包下才能使用它。
- public interface Concept {
- void idea1();
- void idea2();
- }
同樣的，接口中既然存在抽象方法，那么他就需要被擴(kuò)展（繼承）。使用 implements 關(guān)鍵字使一個(gè)類擴(kuò)展某個(gè)特定接口（或一組接口），通俗來說：接口只是外形，現(xiàn)在這個(gè)擴(kuò)展子類要說明它是如何工作的。
- class Implementation implements Concept {
- @Override
- public void idea1() {
- System.out.println("idea1");
- }
- @Override
- public void idea2() {
- System.out.println("idea2");
- }
- }
這里需要注意的是，你可以選擇顯式地聲明接口中的方法為 public，但是「即使你不這么做，它們也是 public 的」。所以當(dāng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口時(shí)，來自接口中的方法必須被定義為 public。否則，它們只有包訪問權(quán)限，這樣在被繼承時(shí)，它們的可訪問權(quán)限就被降低了，這是 Java 編譯器所不允許的。
另外，接口中是允許出現(xiàn)常量的，與接口中的方法都自動(dòng)地被設(shè)置為 public—樣，「接口中的域?qū)⒈蛔詣?dòng)被設(shè)置為 public static final 類型」，例如：
- public interface Concept {
- void idea1(); // public void idea1();
- // 靜態(tài)屬性
- double item = 95; // a public static final constant
- }
❝ 可以將接口方法標(biāo)記為 public，將域標(biāo)記為 public static final。有些程序員出于習(xí)慣或提高清晰度的考慮， 愿意這樣做。但 Java 語言規(guī)范卻「建議不要書寫這些多余的關(guān)鍵字」。 ❞
3. 接口的特性
接口和類其中不同的一點(diǎn)就是，我們「無法像類一樣使用 new 運(yùn)算符來實(shí)例化一個(gè)接口」：
- x = new Concept(. . .); // ERROR
原因也很簡單，接口連具體的構(gòu)造方法都沒有，肯定是無法實(shí)例化的。
當(dāng)然， 盡管不能構(gòu)造接口的對(duì)象，聲明接口的變量還是可以的：
- Concept x; // OK
接口變量必須引用實(shí)現(xiàn)了接口的類對(duì)象：
- x = new Implementation(. . .); // OK provided Implementation implements Concept
接下來， 如同使用 instanceof 檢查一個(gè)對(duì)象是否屬于某個(gè)特定類一樣， 也可以使用 instanceof檢查一個(gè)對(duì)象是否實(shí)現(xiàn)了某個(gè)特定的接口：
- if(x instanceof Concept){
- ...
- }
另外，與可以建立類的繼承關(guān)系一樣，「接口也可以被繼承」：
- public interface Concept1 {
- void idea1();
- void idea2();
- }
- -------------------------------------------
- public interface Concept2 extends Concept1{
- double idea3();
- }
當(dāng)然，讀到這里大家可能依然無法理解，既然有了抽象類，為什么 Java 程序設(shè)計(jì)語言還要不辭辛苦地引入接口這個(gè)概念？
很重磅！因?yàn)椤敢粋€(gè)類可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，但是一個(gè)類只能繼承一個(gè)父類」。正是接口的出現(xiàn)打破了 Java 這種單繼承的局限，為定義類的行為提供了極大的靈活性。
- class Implementation implements Concept1, Concept2 // OK
有一條實(shí)際經(jīng)驗(yàn)：在合理的范圍內(nèi)盡可能地抽象。顯然，接口比抽象類還要抽象。因此，一般更傾向使用接口而不是抽象類。
4. Java 8 接口新特性
上文提過一嘴，「在 Java 8 中，允許在接口中增加靜態(tài)方法和默認(rèn)方法」。理論上講，沒有任何理由認(rèn)為這是不合法的，只是這有違于將接口作為抽象規(guī)范的初衷。舉個(gè)例子：
- public interface Concept {
- // 靜態(tài)方法
- public static void get(String name){
- System.out.println("hello " + name);
- }
- // 默認(rèn)方法
- default void idea1(){
- System.out.println("this is idea1");
- };
- }
用 default 修飾符標(biāo)記的方法就是默認(rèn)方法，這樣子類就不需要去實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法了。
不過，引入默認(rèn)方法后，就出現(xiàn)了一個(gè)「默認(rèn)方法沖突」的問題。如果先在一個(gè)接口 A 中將一個(gè)方法 idea 定義為默認(rèn)方法， 然后又在另一個(gè)接口 B 或者超類 C 中定義了同樣的方法 idea，然后類 D 實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)接口 A 和 B（或超類 C）。于是類 D 中就有了方法 idea 的兩個(gè)默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，出現(xiàn)了沖突，為此，Java 制定了一套規(guī)則來解決這個(gè)二義性問題：
1 ) 「超類優(yōu)先」。如果超類提供了一個(gè)具體方法，接口中的同名且有相同參數(shù)類型的默認(rèn)方法會(huì)被忽略。
2 ) 「接口沖突」。如果一個(gè)父類接口提供了一個(gè)默認(rèn)方法，另一個(gè)父類接口也提供了一個(gè)同名而且參數(shù)類型相同的方法，子類必須覆蓋這個(gè)方法來解決沖突。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 類中覆蓋 idea 方法
- class D implements A, B{
- public void getName(){
- System.out.println("this is D");
- }
- }
現(xiàn)在假設(shè) B接口沒有為 idea 提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)：
- interface B {
- void idea();
- }
那么 D 類會(huì)直接從 A 接口繼承默認(rèn)方法嗎？這好像挺有道理， 不過，Java 設(shè)計(jì)者更強(qiáng)調(diào)一致性。兩個(gè)接口如何沖突并不重要，「只要有一個(gè)接口提供了一個(gè)默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，編譯器就會(huì)報(bào)告錯(cuò)誤， 我們就必須解決這個(gè)二義性」。
當(dāng)然，如果兩個(gè)接口都沒有為共享方法提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)， 那么就與 Java 8 之前的情況一樣，這里不存在沖突。
5. 接口存在的意義
在我自己早期學(xué)習(xí)編程的時(shí)候，對(duì)接口存在的意義實(shí)在困惑，我自己亂寫代碼的時(shí)候基本上不可能意識(shí)到需要去寫接口，不知道接口到底有什么用，為什么要定義接口，感覺定義接口只是提前做了個(gè)多余的工作。
其實(shí)不是，定義接口并非多余，「接口是用來提供公用的方法，規(guī)定子類的行為的」。舉個(gè)例子，讓大家直觀的感受下接口的作用：
比如有個(gè)網(wǎng)站， 需要保存不同客戶的信息， 有些客戶從 Web 網(wǎng)站來， 有些客戶從手機(jī)客戶端來， 有些客戶直接從后臺(tái)管理系統(tǒng)錄入。假設(shè)不同來源的客戶有不同的處理業(yè)務(wù)流程， 這個(gè)時(shí)候我們定義接口來提供一個(gè)保存客戶信息的方法，然后不同的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)我們這個(gè)保存客戶信息的接口，以后保存客戶信息的話， 我們只需要知道這個(gè)接口就可以了，具體調(diào)用的方法被封裝成了黑盒子，這也就是 Java 的多態(tài)的體現(xiàn)，「接口幫助我們對(duì)這些有相同功能的方法做了統(tǒng)一管理」。
再比如說，我們要做一個(gè)畫板程序，其中里面有一個(gè)面板類，主要負(fù)責(zé)繪畫功能，然后你就定義了這個(gè)類，可是在不久的將來，你突然發(fā)現(xiàn)這個(gè)類滿足不了你了，然后你又要重新設(shè)計(jì)這個(gè)類，更糟糕是你可能要廢棄這個(gè)現(xiàn)有的類，那么其他引用這個(gè)類的地方也需要做出修改，顯然這樣非常麻煩。
如果你一開始定義了一個(gè)接口，把繪畫功能放在這個(gè)接口里，然后定義類時(shí)實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口，那么你只需要用這個(gè)接口去引用實(shí)現(xiàn)它的類就行了，以后要修改的話只不過是引用另一個(gè)類而已。「接口的使用提高了代碼的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性」。
另外，從這兩個(gè)例子我們也能看出，接口不僅「降低了代碼的耦合度」，而且僅僅描敘了程序?qū)ν獾姆?wù)，不涉及任何具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，這樣也就比較「安全」一些。
