Java 接口和抽象类的区别详解

目录

• 什么是抽象类和接口？ 区别在哪里？

• 抽象类

• 接口

• 抽象类和接口解决了什么问题？

• 如何模拟抽象类和接口

• 如何决定该用抽象还是接口？

什么是抽象类和接口？ 区别在哪里？

不同的编程语言对接口和抽象类的定义方式可能有些差别，但是差别并不大。本文使用 Java 语言。

抽象类

下面我们通过一个例子来看一个典型的抽象类的使用场景。

Logger 是一个记录日志的抽象类，FileLogger 和 MessageQueueLogger 继承Logger，分别实现两种不同的日志记录方式：

• 记录日志到文件中

• 记录日志到消息队列中
  

FileLogger 和 MessageQueuLogger 两个子类复用了父类 Logger 中的name、enabled 以及 minPermittedLevel 属性和 log 方法，但是因为两个子类写日志的方式不同，他们又各自重写了父类中的doLog方法。

父类

import java.util.logging.Level;

/**
* 抽象父类
* @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;

/**
* 抽象类Logger的子类：输出日志到文件中
* @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，输出到日志文件
       fileWriter.write(...);
   }
}

MessageQueuLogger

import java.util.logging.Level;

/**
* 抽象类Logger的子类：输出日志到消息队列中
* @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，输出到消息队列中
       messageQueueClient.send(...)
   }
}

通过上面的例子，我们来看下抽象类有哪些特性。

• 抽象类不能被实例化，只能被继承。（new 一个抽象类，会报编译错误）

• 抽象类可以包含属性和方法。方法既可以包含实现，也可以不包含实现。不包含实现的方法叫做抽象方法

• 子类继承抽象类，必须实现抽象类中的所有抽象方法。
  

接口

同样的，下面我们通过一个例子来看下接口的使用场景。

/**
* 过滤器接口
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 6:46 PM
*/
public interface Filter {
   void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException;
}

/**
* 接口实现类：鉴权过滤器
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 6:48 PM
*/
public class AuthencationFilter implements Filter {

@Override
   public void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {
       // 鉴权逻辑
   }
}

/**
* 接口实现类：限流过滤器
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 6:48 PM
*/
public class RateLimitFilter implements Filter{

@Override
   public void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {
       // 限流逻辑
   }
}

/**
* 过滤器使用demo
* @author yanliang
* @date 9/28/2020 6:48 PM
*/
public class Application {
   // 过滤器列表
   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) {
           // 处理过滤结果
       }
       // ...
   }
}

上面的案例是一个典型的接口使用场景。通过Java中的 interface 关键字定义了一个Filter 接口，AuthencationFilter 和 RetaLimitFilter 是接口的两个实现类，分别实现了对Rpc请求的鉴权和限流的过滤功能。

下面我们来看下接口的特性：

• 接口不能包含属性（也就是成员变量）

• 接口只能生命方法，方法不能包含代码实现

• 类实现接口时，必须实现接口中生命的所有方法。
  

综上，从语法上对比，这两者有比较大的区别，比如抽象类中可以定义属性、方法的实现，而接口中不能定义属性，方法也不能包含实现等。

除了语法特性的不同外，从设计的角度，这两者也有较大区别。抽象类本质上就是类，只不过是一种特殊的类，这种类不能被实例化，只能被子类继承。属于is-a的关系。接口则是 has-a 的关系，表示具有某些功能。对于接口，有一个更形象的叫法：协议（contract）

抽象类和接口解决了什么问题？

下面我们先来思考一个问题~

抽象类的存在意义是为了解决代码复用的问题（多个子类可以继承抽象类中定义的属性哈方法，避免在子类中，重复编写相同的代码）。

那么，既然继承本身就能达到代码复用的目的，而且继承也不一定非要求是抽象类。我们不适用抽象类，貌似也可以实现继承和复用。从这个角度上讲，我们好像并不需要抽象类这种语法呀。那抽象类除了解决代码复用的问题，还有其他存在的意义吗？

这里大家可以先思考一下哈~

我们还是借用上面Logger的例子，首先对上面的案例实现做一些改造。在改造之后的实现中，Logger不再是抽象类，只是一个普通的父类，删除了Logger中的两个方法，新增了 isLoggable()方法。FileLogger 和 MessageQueueLogger 还是继承Logger父类已达到代码复用的目的。具体代码如下：

/**
* 父类：非抽象类，就是普通的类
* @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());
   }

}

/**
* 抽象类Logger的子类：输出日志到文件中
* @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，输出到日志文件
       fileWriter.write(...);
   }
}

package com.yanliang.note.java.abstract_demo;

import java.util.logging.Level;

/**
* 抽象类Logger的子类：输出日志到消息队列中
* @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，输出到消息队列中
       messageQueueClient.send(...)
   }
}

以上实现虽然达到了代码复用的目的（复用了父类中的属性），但是却无法使用多态的特性了。

像下面这样编写代码就会出现编译错误，因为Logger中并没有定义log（）方法。

Logger logger = new FileLogger("access-log", true, Level.WARN, "/user/log");
logger.log(Level.ERROR, "This is a test log message.");

如果我们在父类中，定义一个空的log（）方法，让子类重写父类的log（）方法，实现自己的记录日志逻辑。使用这种方式是否能够解决上面的问题呢？ 大家可以先思考下~

这个思路可以用使用，但是并不优雅，主要有一下几点原因：

• 在Logger中定义一个空的方法，会影响代码的可读性。如果不熟悉Logger背后的设计思想，又没有代码注释的话，在阅读Logger代码时就会感到疑惑（为什么这里会存在一个空的log（）方法）

• 当创建一个新的子类继承Logger父类时，有时可能会忘记重新实现log方法。之前是基于抽象类的设计思想，编译器会强制要求子类重写父类的log方法，否则就会报编译错误。

• Logger可以被实例化，这也就意味着这个空的log方法有可能会被调用。这就增加了类被误用的风险。当然，这个问题 可以通过设置私有的构造函数的方式来解决，但是不如抽象类优雅。
  

抽象类更多是为了代码复用，而接口更侧重于解耦。接口是对行为的一种抽象，相当于一组协议或者契约（可类比API接口）。调用者只需要关心抽象的接口，不需要了解具体的实现，具体的实现代码对调用者透明。接口实现了约定和实现相分离，可以降低代码间的耦合，提高代码的可扩展性。

实际上，接口是一个比抽象类应用更加广泛、更加重要的知识点。比如，我们经常提到的 ”基于接口而非实现编程“ ,就是一条几乎天天会用到的，并且能极大的提高代码的灵活性、扩展性的设计思想。

如何模拟抽象类和接口

在前面列举的例子中，我们使用Java的接口实现了Filter过滤器。不过，在 C++ 中只提供了抽象类，并没有提供接口，那从代码的角度上说，是不是就无法实现 Filter 的设计思路了呢？ 大家可以先思考下 🤔 ~

我们先会议下接口的定义：接口中没有成员变量，只有方法声明，没有方法实现，实现接口的类必须实现接口中的所有方法。主要满足以上几点从设计的角度上来说，我们就可以把他叫做接口。

实际上，要满足接口的这些特性并不难。下面我们来看下实现：

class Strategy {
 public:
   -Strategy();
   virtual void algorithm()=0;
 protected:
   Strategy();
}

抽象类 Strategy 没有定义任何属性，并且所有的方法都声明为 virtual 类型（等同于Java中的abstract关键字），这样，所有的方法都不能有代码实现，并且所有继承了这个抽象类的子类，都要实现这些方法。从语法特性上看，这个抽象类就相当于一个接口。

处理用抽象类来模拟接口外，我们还可以用普通类来模拟接口。具体的Java实现如下所示：

public class MockInterface {
 protected MockInteface();
 public void funcA() {
   throw new MethodUnSupportedException();
 }
}

我们知道类中的方法必须包含实现，这个不符合接口的定义。但是，我们可以让类中的方法抛出 MethodUnSupportedException 异常，来模拟不包含实现的接口，并且强迫子类来继承这个父类的时候，都主动实现父类的方法，否则就会在运行时抛出异常。

那又如何避免这个类被实例化呢？ 实际上很简单，我们只需要将这个类的构造函数声明为 protected 访问权限就可以了。

如何决定该用抽象还是接口？

上面的讲解可能偏理论，现在我们就从真实项目开发的角度来看下。在代码设计/编程时，什么时候该用接口？什么时候该用抽象类？

实际上，判断的标准很简单。如果我们需要一种is-a关系，并且是为了解决代码复用的问题，就用抽象类。如果我们需要的是一种has-a关系，并且是为了解决抽象而非代码复用问题，我们就用接口。

从类的继承层次来看，抽象类是一种自下而上的设计思路，先有子类的代码复用，然后再抽象成上层的父类（也就是抽象类）。而接口则相反，它是一种自上而下的设计思路，我们在编程的时候，一般都是先设计接口，再去思考具体实现。

好了，你是否掌握了上面的内容呢。你可以通过一下几个维度来回顾自检一下：

• 抽象类和接口的语法特性

• 抽象类和接口存在的意义

• 抽象类和接口的应用场景有哪些

来源：https://gyl-coder.top/java/abstract_interface/