【Java学习】接口(interface)的一些理解和要点

0 前言

重新回归一下Java中的接口，有了一些更进一步的了解，也整理了一些要点。
在理解过程中，我试着用生活中的接口去解释Java中的接口机制。 个人觉得还OK。
考虑现实，服务提供方把若干功能集合到接口中对客户开放，并生产若干设备实现这些接口里的功能。在Java中，我们把使用该接口的类看做客户，实现接口的类看做实现了该接口功能的设备。可以很方便的解释一些问题。
正如客户通过接口执行功能，我们总是用接口声明一个变量。接口的功能必须通过设备实现，所以接口不能实例化，而应该将实现了该接口的类实例赋给接口变量。

1 为什么需要接口

Java中用接口来描述类具有的特性和功能。

一旦一个类实现了一个接口，它就具有了该接口的所有属性和行为。
【疑问】继承机制已经很好地实现了属性和行为的继承，为什么还需要接口？
【回答】确实可以完全只用继承实现，而且我们也看到C++就是这么做的。不过，很多时候一个类的特性是比较复杂且在不同超类中，那么就有了广为诟病的多继承。Java是从C++发展过来的，既然大家都不喜欢多继承，Java就不允许多继承，而引进接口这一概念，一个类支持继承多个接口，也就可以继承各种复杂特性。在我们现在看来，

Java不支持多继承，这就是我们不得不使用接口的原因。

但是，引进接口这一概念的初衷是什么？为了更好地描述类以及它们之间的关系。
看个例子，神话中经常出现会飞翔的马，俗称飞马（pegasus）。在程序中如何去描述这个Pegasus类？

• 多继承：定义两个超类，Bird类和Horse类，Pegasus类实现它们。
• 引入接口：定义一个超类Horse和一个接口Flying, Pegasus继承Horse并实现Flying。

回顾一下，继承表示“is-a”（是一个）关系。那么，上面多继承的方案就是说飞马既是一种鸟，又是一种马。但事实上，我们的理解都是飞马是一种特殊的马，它具有飞翔的特性。引入接口后的实现完美地贴合了我们的理解。
基于这点，我不是很赞成“Java中的接口相当于C++中的虚类”的说法，应该说成:

接口是虚类的发展

当然，虚类还是需要的，但是很多在C++上用虚类实现的在Java中都更应该采用接口。
在Java中，什么时候用继承超类，什么时候用实现接口，在于程序员的理解。继承是一种特化，而实现是指具有某种特性。当然，如果你已经有一个超类了，其它的你只能用接口实现。

2 接口的特性

2.1 接口就是类

接口与类的定义，二者的语法框架及其相似。
除了语法形式的相似外，还有几个理由支持这种说法：

• 可以用接口声明一个变量，并把实现了这个接口的类实例赋值给它。
• 公有接口也必须与文件名一致，且一个Java文件只能有一个公有接口。
• 接口在编译后也会形成同名.class文件。

2.2 接口是特殊的类

接口与普通类最大的不同在于：不能实例化一个接口对象，当然虚类也是一样。那接口就是虚类吗？当然不是，接口要更特殊，表现在：

接口的成员必须是公有静态常量（public static final）和公有（public）函数。

为什么有这种限制？既然你提供给别人某个接口，你就没有理由限制对方使用该接口的某项功能。public保证所有能引用该接口的类都能访问接口的所有函数。因为接口不能实例化，所以成员变量必须是静态（static）的。又为了防止某个实现了该接口的类擅自改动该属性的值，属性必须是不可变的（final）。

成员变量的作用是提供具有该接口功能的所有类的共有属性,且这个属性值对所有的类都是唯一确定的。

假设你想为Flying接口添加一个highest属性限制飞行的最高可达高度，因为highest必须是静态常量，你只能设定一个值表示所有飞行物的可达高度。如果你认为不同飞行物的可达高度不同，希望不同的类有不同的值，用继承吧。
因为这个限制，接口中的成员限定符都是唯一确定的，出于简洁的思想：

Java鼓励省略接口成员变量前的public static final 和函数前的public限定符。

【注意】虽然接口中的成员都是public的，但是并非所有的类都可以访问它们。如果一个接口没有定义为public，则包外的类无法访问它，更别提它的成员了。

2.3 接口的新特性

2.3.1 默认函数

引入接口后，我们要清楚：

我们无法预测程序员会用调用该接口的哪一个函数，所以必须保证每个方法都有实现。

一开始，Java规定，实现了某接口的类必须重写该接口的所有方法，至少要写个空壳。可是很多时候我们只需要其中的某一个功能，比如事件监测时，我们只关系个别特定的事件，这样就导致类体臃肿而且麻烦。于是，Java SE 8 引进了默认函数，允许在接口定义时给函数一个默认的实现，没被重写的函数则执行默认内容。这样，当接口中的某个方法执行内容比较固定时，我们也无需在各个类中重复同样的实现。现在，我们说：

实现某个接口的类必须重写该接口的所有非默认方法。

使用默认函数的另一个好处是支持接口演化。当接口A增加一个非默认函数时，任何实现了该接口的类都要重写新增函数，而增加一个默认函数却不需要任何改动。

2.3.2 静态函数

当某个接口的子类对象对某个接口方法都具有相同实现时，因为接口必须由类实现，所以必须定义各类来实现接口，又方法实现对所有对象都是一样的，所以这个方法应该定义为静态方法。这个类称之为接口的伴随类。Java中有很多伴随类，如Collections类是Collection接口的伴随类。Java SE 8支持接口的静态方法，可以通过接口直接调用该方法，也就不用再麻烦构建伴随类了，当然之前建成的伴随类也不值得再重构。

2.4 继承冲突

当类从父类和接口中继承来的方法签名一致，而且子类没有重写该方法时，编译器不知道该用哪个实现，就发生了继承冲突，编译会报错。冲突避免策略如下

1. 父类优先。如果父类的函数与接口的默认函数冲突，采用父类中的实现。
2. 两个接口中的方法冲突时，必须重写子类方法。

3 总结

• 一个类实现了一个接口，表示该类具有该接口的功能。
• 一个类实现了一个接口，外部可能用该类的实例调用该接口的任何方法，所以必须保证该方法有明确且唯一定义，体现在接口中的非默认方法必须被重写，默认方法之间不产生二义。