接口是对行为的抽象,它是抽象方法的集合,利用接口可以达到 API 定义和实现分离的目的。接口,不能实例化;不能包含任何非常量成员,任何 field 都是隐含着 public static final 的意义;同时,没有非静态方法实现,也就是说要么是抽象方法,要么是静态方法。Java 标准类库中,定义了非常多的接口,比如 java.util.List。
抽象类是不能实例化的类,用 abstract 关键字修饰 class,其目的主要是代码重用。除了不能实例化,形式上和一般的 Java 类并没有太大区别,可以有一个或者多个抽象方法,也可以没有抽象方法。抽象类大多用于抽取相关 Java 类的共用方法实现或者是共同成员变量,然后通过继承的方式达到代码复用的目的。Java 标准库中,比如 collection 框架,很多通用部分就被抽取成为抽象类,例如 java.util.AbstractList。
Java 类实现 interface 使用 implements 关键词,继承 abstract class 则是使用 extends 关键词,我们可以参考 Java 标准库中的 ArrayList。
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考点分析
这是个非常高频的 Java 面向对象基础问题,看起来非常简单的问题,如果面试官稍微深入一些,你会发现很多有意思的地方,可以从不同角度全面地考察你对基本机制的理解和掌握。比如:
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对于 Java 的基本元素的语法是否理解准确。能否定义出语法基本正确的接口、抽象类或者相关继承实现,涉及重载(Overload)、重写(Override)更是有各种不同的题目。
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在软件设计开发中妥善地使用接口和抽象类。你至少知道典型应用场景,掌握基础类库重要接口的使用;掌握设计方法,能够在 review 代码的时候看出明显的不利于未来维护的设计。
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掌握 Java 语言特性演进。现在非常多的框架已经是基于 Java 8,并逐渐支持更新版本,掌握相关语法,理解设计目的是很有必要的。
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Java 相比于其他面向对象语言,如 C++,设计上有一些基本区别,比如Java 不支持多继承。这种限制,在规范了代码实现的同时,也产生了一些局限性,影响着程序设计结构。Java 类可以实现多个接口,因为接口是抽象方法的集合,所以这是声明性的,但不能通过扩展多个抽象类来重用逻辑。
在一些情况下存在特定场景,需要抽象出与具体实现、实例化无关的通用逻辑,或者纯调用关系的逻辑,但是使用传统的抽象类会陷入到单继承的窘境。以往常见的做法是,实现由静态方法组成的工具类(Utils),比如 java.util.Collections。
设想,为接口添加任何抽象方法,相应的所有实现了这个接口的类,也必须实现新增方法,否则会出现编译错误。对于抽象类,如果我们添加非抽象方法,其子类只会享受到能力扩展,而不用担心编译出问题。
接口的职责也不仅仅限于抽象方法的集合,其实有各种不同的实践。有一类没有任何方法的接口,通常叫作 Marker Interface,顾名思义,它的目的就是为了声明某些东西,比如我们熟知的 Cloneable、Serializable 等。这种用法,也存在于业界其他的 Java 产品代码中。
从表面看,这似乎和 Annotation 异曲同工,也确实如此,它的好处是简单直接。对于 Annotation,因为可以指定参数和值,在表达能力上要更强大一些,所以更多人选择使用 Annotation。
Java 8 增加了函数式编程的支持,所以又增加了一类定义,即所谓 functional interface,简单说就是只有一个抽象方法的接口,通常建议使用 @FunctionalInterface Annotation 来标记。Lambda 表达式本身可以看作是一类 functional interface,某种程度上这和面向对象可以算是两码事。我们熟知的 Runnable、Callable 之类,都是 functional interface,这里不再多介绍了,有兴趣你可以参考:https://www.oreilly.com/learning/java-8-functional-interfaces 。
还有一点可能让人感到意外,严格说,Java 8 以后,接口也是可以有方法实现的!
从 Java 8 开始,interface 增加了对 default method 的支持。Java 9 以后,甚至可以定义 private default method。Default method 提供了一种二进制兼容的扩展已有接口的办法。比如,我们熟知的 java.util.Collection,它是 collection 体系的 root interface,在 Java 8 中添加了一系列 default method,主要是增加 Lambda、Stream 相关的功能。我在专栏前面提到的类似 Collections 之类的工具类,很多方法都适合作为 default method 实现在基础接口里面。