Java面向对象之封装、继承、多态和抽象

这是一篇专栏学习总结。主要从特性的定义及意义两方面解读。

封装

• 什么是封装
  封装是对信息的隐藏和保护，类通过暴露有限的访问接口，授权外部访问内部的信息或数据。
• 怎样实现封装
  通过访问权限控制，private只允许类内部访问，public提供外部访问接口
• 封装的意义
  如果对类中的属性方法的访问不做限制，那任何代码都可以访问、修改类的属性，虽然看起来很灵活方便，但是同时也意味着不可控，属性可以被任何方式修改，且修改的代码散落在项目中的各个角落，势必就影响代码的可读性、可维护性。通过封装只暴露必要的接口，有利于调用者正确操作属性，提高类的易用性。
• 示例

/**
 *
 * @desc
 * 钱包Wallet类包含id唯一ID，createTime创建时间，updateTime上次更新时间，balance余额。
 * 从业务的角度考虑，只提供了六个public方法提供外部访问，id,createTime在创建钱包的时候就决定了，
 * 之后应该是不允许被修改的，所以只暴露get方法
 * 而且这两个值的初始化操作对调用者应该也是透明的，在构造方法中直接初始化，而不是通过外部赋值。
 * 对于钱包的balance，应该只能增或减，不能被重新设置，
 * 且伴随着updateTime属性的修改，所以balance和updateTime都只暴露了get方法，
 * 通过increaseBalance和decreaseBalance封装balance和updateTime的修改，
 * 这样既不暴露内部细节，同时保证了数据的一致性。
 */
public class Wallet {

    private String id;
    private long createTime;
    private long updateTime;
    private BigDecimal balance;

    public Wallet() {
        this.id = IdGenerator.getInstance().generate();
        this.createTime = System.currentTimeMillis();
        this.updateTime = System.currentTimeMillis();
        this.balance = BigDecimal.ZERO;
    }

    public String getId() {
        return this.id;
    }

    public long getCreateTime() {
        return this.createTime;
    }

    public BigDecimal getBalance() {
        return this.balance;
    }

    public long getUpdateTime() {
        return this.updateTime;
    }

    public void increaseBalance(BigDecimal increaseAmount) {
        //参数检查
        this.balance.add(increaseAmount);
        this.updateTime = System.currentTimeMillis();
    }

    public void decreaseBalance(BigDecimal decreaseAmount) {
        //参数检查
        this.balance.subtract(decreaseAmount);
        this.updateTime = System.currentTimeMillis();
    }

}

抽象

• 什么是抽象
  抽象是对方法具体实现的隐藏，调用者只需关注方法提供了哪些功能，而不用关注方法如何实现这些功能。
• 怎样实现抽象
  Java通过interface和abstract语法机制实现抽象。其实函数也可以说是一种抽象，函数隐藏了具体实现逻辑，调用者使用函数的时候，不用关注函数内部的实现逻辑。
• 抽象的意义
  抽象是处理复杂性系统的有效手段，作为一个非常宽泛的设计思想，在代码设计中，起到非常重要的指导作用，基于接口而非实现编程、开闭原则等设计原则及设计模式都体现了抽象的设计思想。大到代码设计，小到类方法命名，抽象思想都很重要，方法命名不暴露太多细节，可保证在某个时间点需要修改方法实现细节时而可以不修改命名。比如getPictureFromCeph()就不是一个具有抽象思维的方法命名，当某一天图片不存储在Ceph上，那这个方法命名也要随之修改。

继承

• 什么是继承
  继承是用来表示类之间的is-a关系的一种特性，Java只支持单继承，为什么不支持多继承？
  因为多继承会带来钻石问题（菱形继承）的副作用。假设B extends A，C extends A，且都重写了A中的一个方法F，同时D extends B，C，那么D会继承B和C的方法包括方法F，但这里的方法F到底是B的方法还是C的方法呢，这里就会产生歧义。考虑到这个问题，Java不支持多继承

• 怎样实现继承
  java通过关键字extends实现继承

• 继承的意义
  继承最大的一个好处就是代码复用，如果两个类有一些相同的类和方法，可以将相同的类和方法抽取到父类，让两个子类继承父类，实现代码复用，但是如果过度使用继承，继承的层次过深过复杂，便会影响代码的可读性及可维护性。为了了解一个类的完整功能，需要不断追溯其父类的功能，且修改父类直接影响所有子类。

多态

• 什么是多态
  多态是指，子类可以替换父类，在代码运行过程中，实际调用子类的方法实现。
• 怎样实现多态
  Java通过继承实现父子关系，同时通过override实现子类重写父类方法，配合一起便实现了多态特性。同时接口也可实现多态特性。
• 多态的意义
  多态提高了代码的可扩展性和复用性。多态也是很多设计模式、设计原则的实现基础，比如里式替换原则、基于接口而非实现编程、策略模式、模板模式等。
• 示例
  这里Array 和LinkedList 都实现了接口类Iterator，对于方法print(Iterator iterator) ，支持动态调用next()和hasNext()的实现，传递什么子类就会调用什么子类的实现逻辑。这里利用多态的特性，通过print函数可以实现遍历不同类型集合的数据，当要增加一种需要遍历功能的集合类型时，只要实现Iterator接口，实现自己的next(),hasNext()逻辑，不需要改动print方法，所以说多态提高了代码的可扩展性及复用性。

public interface Iterator {
    String hasNext();
    String next();
    String remove();
}

public class Array implements Iterator {
    private String[] data;

    public String hasNext() { ... }
    public String next() { ... }
    public String remove() { ... }
}

public class LinkedList implements Iterator {
    private LinkedListNode head;

    public String hasNext() { ... }
    public String next() { ... }
    public String remove() { ... }
}

public class Demo {
    private static void print(Iterator iterator) {
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Iterator arrayIterator = new Array();
        print(arrayIterator);
        Iterator linkedListIterator = new LinkedList();
        print(linkedListIterator);
    }
}