理解Java抽象類

　　abstract class和interface在Java語言中都是用來進行抽象類（本文 中的抽象類并非從abstract class翻譯而來，它表示的是一個抽象體，而abstract class為Java語言中用于定義抽象類的一種方法， 請讀者注意區分）定義的，那么什么是抽象類，使用抽象類能為我們帶來什么好處呢？

　　在 面向對象的概念中，我們知道所有的對象都是通過類來描繪的，但是反過來卻不是這樣。并不是 所有的類都是用來描繪對象的，如果一個類中沒有包含足夠的信息來描繪一個具體的對象，這樣的類就是抽象類。抽象類往往用來表征我們在對問題領域進行分析、 設計中得出的抽象概念，是對一系列看上去不同，但是本質上相同的具體概念的抽象。比如：如果我們進行一個圖形編輯軟件的開發，就會發現問題領域存在著圓、 三角形這樣一些具體概念，它們是不同的，但是它們又都屬于形狀這樣一個概念，形狀這個概念在問題領域是不存在的，它就是一個抽象概念。正是因為抽象的概念 在問題領域沒有對應的具體概念，所以用以表征抽象概念的抽象類是不能夠實例化的。

　　在面向對象領域，抽象類主要用來進行類型隱藏。 我們可以構造出一個固定的一組行為的抽象描 述，但是這組行為卻能夠有任意個可能的具體實現方式。這個抽象描述就是抽象類，而這一組任意個可能的具體實現則表現為所有可能的派生類。模塊可以操作一個 抽象體。由于模塊依賴于一個固定的抽象體，因此它可以是不允許修改的；同時，通過從這個抽象體派生，也可擴展此模塊的行為功能。熟悉OCP的讀者一定知 道，為了能夠實現面向對象設計的一個最核心的原則OCP(Open-Closed Principle)，抽象類是其中的關鍵所在。

　　從語法定義層面看abstract class 和 interface

　　在語法層面，Java語言對于abstract class和interface給出了不同的定義方式，下面以定義一個名為Demo的抽象類為例來說明這種不同。

　　使用abstract class的方式定義Demo抽象類的方式如下：

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

　　使用interface的方式定義Demo抽象類的方式如下：

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

　　在abstract class方式中，Demo可以有自己的數據成員，也可以有非 abstract的成員方法，而在interface方式的實現中，Demo只能夠有靜態的不能被修改的數據成員（也就是必須是static final 的，不過在interface中一般不定義數據成員），所有的成員方法都是abstract的。從某種意義上說，interface是一種特殊形式的 abstract class。

　　從編程的角度來看，abstract class和interface都可以用來實現 "design by contract" 的思想。但是在具體的使用上面還是有一些區別的。

　　首先，abstract class 在 Java 語言中表示的是一種繼承關系，一個類只能使用一次繼承關系(因為Java不支持多繼承 -- 轉注)。但是，一個類卻可以實現多個interface。也許，這是Java語言的設計者在考慮Java對于多重繼承的支持方面的一種折中考慮吧。

　　其次，在abstract class的定義中，我們可以賦予方法的默認行為。但是在Java接口的定義中，方法卻不能擁有默認行為，為了繞過這個限制，必須使用委托，但是這會增加一些復雜性，有時會造成很大的麻煩。

　　在Java抽象類中不能定義默認行為還存在另一個比較嚴重的問題，那就是可能會造成維護上的麻煩。因 為如果后來想修改類的界面（一般通過 abstract class 或者interface來表示）以適應新的情況（比如，添加新的方法或者給已用的方法中添 加新的參數）時，就會非常的麻煩，可能要花費很多的時間（對于派生類很多的情況，尤為如此）。但是如果界面是通過abstract class來實現的，那 么可能就只需要修改定義在abstract class中的默認行為就可以了。

　　同樣，如果不能在抽象類中定義默認行為，就會導致同樣的方法實現出現在該抽象類的每一個派生類中，違反了 "one rule，one place" 原則，造成代碼重復，同樣不利于以后的維護。因此，在abstract class和interface間進行選擇時要非常的小心。

　　從設計理念層面看 abstract class 和 interface

　　上面主要從語法定義和編程的角度論述了Java抽象類和Java接口的區 別，這些層面的區別是比較低層次的、非本質的。本小節將從另一個層面：abstract class和interface所反映出的設計理念，來分析一下二者的區別。作者認為，從這個層面進行分析才能理解二者概念的本質所在。

　　前面已經提到過，abstract class在Java語言中體現了一種繼承關系，要想使得 繼承關系合理，父類和派生類之間必須存在"is-a"關系，即父類和派生類在概念本質上應該是相同的。對于interface來說則不然，并不要求interface的實現者和interface定義在概念本質上是一致的， 僅僅是實現了interface定義的契約而已。為了使論述便于理解，下面將通過一個簡單的實例進行說明。

　　考慮這樣一個例子，假設在我們的問題領域中有一個關于Door的抽象概念，該Door具有執行兩個動作open和close，此時我們可以通過abstract class或者interface來定義一個表示該抽象概念的類型，定義方式分別如下所示：

　　使用abstract class方式定義Door：

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

　　使用interface方式定義Door：

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

　　其他具體的Door類型可以extends使用abstract class方式定義的Door或者implements使用interface方式定義的Door?？雌饋砗孟袷褂胊bstract class和interface沒有大的區別。

　　如果現在要求Door還要具有報警的功能。我們該如何設計針對該例子的類結構呢（在本例中， 主要是為了展示 abstract class 和interface 反映在設計理念上的區別，其他方面無關的問題都做了簡化或者忽略）？下面將羅列出可能的解 決方案，并從設計理念層面對這些不同的方案進行分析。

　　解決方案一：

　　簡單的在Door的定義中增加一個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(); }

　　那么具有報警功能的AlarmDoor的定義方式如下：

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

　　或者

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

　　這種方法違反了面向對象設計中的一個核心原則 ISP (Interface Segregation Principle)，在Door的定義中把Door概念本身固有的行為方法和另外一個概念"報警器"的行為方 法混在了一起。這樣引起的一個問題是那些僅僅依賴于Door這個概念的模塊會因為"報警器"這個概念的改變（比如：修改alarm方法的參數）而改變，反 之依然。

　　解決方案二：

　　既然open、close和alarm屬于兩個不同的概念，根據ISP原則應該把它們分別定 義在代表這兩個概念的抽象類中。定義方式有：這兩個概念都使用 abstract class 方式定義；兩個概念都使用interface方式定義；一個概念 使用 abstract class 方式定義，另一個概念使用interface方式定義。

　　顯然，由于Java語言不支持多重繼承，所以兩個概念都使用abstract class方式定義是不可行的。后面兩種方式都是可行的，但是對于它們的選擇卻反映出對于問題領域中的概念本質的理解、對于設計意圖的反映是否正確、合理。我們一一來分析、說明。

　　如果兩個概念都使用interface方式來定義，那么就反映出兩個問題：1、我們可能沒有 理解清楚問題領域，AlarmDoor在概念本質上到底是Door還是報警器？2、如果我們對于問題領域的理解沒有問題，比如：我們通過對于問題領域的分 析發現AlarmDoor在概念本質上和Door是一致的，那么我們在實現時就沒有能夠正確的揭示我們的設計意圖，因為在這兩個概念的定義上（均使用 interface方式定義）反映不出上述含義。

　　如果我們對于問題領域的理解是：AlarmDoor在概念本質上是Door，同時它有具有報 警的功能。我們該如何來設計、實現來明確的反映出我們的意思呢？前面已經說過，abstract class在Java語言中表示一種繼承關系，而繼承關系 在本質上是"is-a"關系。所以對于Door這個概念，我們應該使用abstarct class方式來定義。另外，AlarmDoor又具有報警功能，說 明它又能夠完成報警概念中定義的行為，所以報警概念可以通過interface方式定義。如下所示：

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

　　這種實現方式基本上能夠明確的反映出我們對于問題領域的理解，正確的揭示我們的設計意圖。其 實abstract class表示的是"is-a"關系，interface表示的是"like-a"關系，大家在選擇時可以作為一個依據，當然這是建立在對問題領域的理解上的，比如：如果我們認為AlarmDoor在概念本質上是報警器，同時又具有Door的功能，那么上述的定義方式就要反過來了。

　　小結

　　1.abstract class 在 Java 語言中表示的是一種繼承關系，一個類只能使用一次繼承關系。但是，一個類卻可以實現多個Java接口。

　　2.在abstract class 中可以有自己的數據成員，也可以有非abstarct的成員方法，而在interface中，只能夠有靜態的不能被修改的數據成員（也就是必須是static final的，不過在 interface中一般不定義數據成員），所有的成員方法都是abstract的。

　　3.abstract class和interface所反映出的設計理念不同。其實abstract class表示的是"is-a"關系，interface表示的是"like-a"關系。

　　4.實現抽象類和接口的類必須實現其中的所有方法。抽象類中可以有非抽象方法。接口中則不能有實現方法。

　　5.接口中定義的變量默認是public static final 型，且必須給其初值，所以實現類中不能重新定義，也不能改變其值。

　　6.抽象類中的變量默認是 friendly 型，其值可以在子類中重新定義，也可以重新賦值。

　　7.接口中的方法默認都是 public,abstract 類型的。

　　結論

　　Java抽象類和Java接口是 Java語言中的兩種定義抽象類的方式，它們之間有很大的相似性。但是對于它們的選擇卻又往往反映出對于問題領域中的概 念本質的理解、對于設計意圖的反映是否正確、合理，因為它們表現了概念間的不同的關系（雖然都能夠實現需求的功能）。這其實也是語言的一種的慣用法，希望讀者朋友能夠細細體會。

【編輯推薦】

1. 高手Java核心技術學習筆記
2. 告訴你怎樣學Java才是硬道理
3. 如何獲取Sun推出的Java認證
4. 共同學習Java環境變量
5. JAVA環境變量的設置