Java基础(十二)：抽象类与接口详解

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Java基础(十二)：抽象类与接口详解

引言

  在Java面向对象编程中，​抽象类(Abstract Class)​和接口(Interface)​是两个非常重要的概念，它们都是实现多态和代码抽象的重要机制。虽然Java 8之后接口的功能得到了极大增强，但抽象类和接口仍然有着本质的区别和各自适用的场景。

一、抽象类（Abstract Class）

1、基本概念

• 抽象类是一种不能被实例化的类，它通常作为其他类的基类（父类），用来定义一些通用的属性和行为
• 抽象类的主要目的是为子类提供一个公共的模板或部分实现，同时强制子类去实现某些特定的方法（即抽象方法）
• 要定义一个抽象类，需要使用关键字abstract修饰类

public abstract class Animal {// 可以有字段属性protected String name;// 可以有构造方法（但不能直接实例化）public Animal(String name) {this.name = name;}// 具体方法：有实现public void sleep() {System.out.println("The animal is sleeping");}// 抽象方法：只有声明，没有实现，必须使用 abstract关键字修饰public abstract void makeSound();
}

2、抽象类的特性

1. 不能实例化：无法创建抽象类的对象
2. 可以包含抽象方法和具体方法（包括静态方法）：抽象方法没有实现，具体方法有实现
3. 可以包含实例变量、静态变量
4. 可以有构造方法：虽然不能直接实例化，但子类有默认的super()或手动的super(实参列表)
5. 子类继承抽象类后，必须实现所有的抽象方法（除非子类也是抽象类）
6. 单继承限制：一个类只能继承一个抽象类

3、抽象类的使用

// 子类继承抽象类
public class Dog extends Animal {public Dog(String name) {super(name);}@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Woof! Woof!");}
}// 使用
public class Main {public static void main(String[] args) {// Animal animal = new Animal("Generic"); // 错误！不能实例化抽象类Animal myDog = new Dog("Buddy");myDog.makeSound(); // 输出: Woof! Woof!myDog.sleep();     // 输出: The animal is sleeping}
}

二、接口（Interface）

1、基本概念

• 接口是一种完全抽象的引用类型，它定义了一组方法规范而不提供实现（Java 8 之前），也不能包含成员变量（除了常量）
• 接口的主要目的是定义一组规范或契约，让不同的类去实现这些规范，从而实现多态和解耦
• 使用关键字interface定义接口

public interface Swimmable {// 常量 默认是 public static finalint MAX_SPEED = 120;// 抽象方法 默认是 public abstractvoid swim();// Java 8+ 默认方法default void floatOnWater() {System.out.println("Floating on water");}// Java 8+ 静态方法static boolean canSwim(Object obj) {return obj instanceof Swimmable;}// Java 9+ 私有方法private void secretSwimTechnique() {System.out.println("Secret technique");}
}

2、接口的特性

• Java 7 及以前：只能包含抽象方法和常量
  • 公共的静态的常量：其中public static final可以省略
  • 公共的抽象的方法：其中public abstract可以省略
• Java 8：引入了默认方法（default methods）和静态方法
  • 公共的默认的方法：其中public可以省略，但default不能省略
  • 公共的静态的方法：其中public可以省略，但static不能省略
  • 使用default关键字可以为接口提供默认实现，这样实现类可以选择是否重写该方法
  • 接口中可以定义静态方法，并通过接口名直接调用
• Java 9：引入了私有方法（private methods）
  • 接口中可以定义私有方法，用于在接口内部复用代码逻辑
• 没有构造方法：不能实例化
• 多实现：一个类可以实现多个接口

3、接口的使用

public class Duck extends Animal implements Swimmable, Flyable {public Duck(String name) {super(name);}// 实现抽象类Animal中抽象方法@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Quack! Quack!");}// 实现接口Swimmable中抽象方法@Overridepublic void swim() {System.out.println("Duck is swimming");}// 实现接口Flyable中抽象方法@Overridepublic void fly() {System.out.println("Duck is flying");}
}// 使用
public class Main {public static void main(String[] args) {Duck duck = new Duck("Donald");duck.swim();             // 调用实现的接口方法 输出: Duck is swimmingduck.floatOnWater();     // 调用接口的默认方法 输出: Floating on waterSwimmable.canSwim(duck); // 调用接口的静态方法 返回: true}
}

三、抽象类 vs 接口

1、语法层面对比

特性	抽象类	接口
实例化	不能	不能
方法类型	抽象方法和具体方法	抽象方法、默认方法、静态方法、私有方法
字段	可以有各种字段	只能有静态常量
构造方法	有	无
继承性	单继承	多实现
访问修饰符	各种修饰符	默认 public

2、设计理念对比

• 抽象类表示"是一个"的关系，用于定义相关对象的基本共性。例如：Dog是一种Animal
  • 共享代码：多个相关类需要共享相同的代码和字段
  • 扩展基类功能：需要定义非静态、非final的字段或非public方法
  • 定义模板：提供模板方法模式的基础实现
• 接口表示"具有能力"的关系，用于定义对象的特定能力。例如：Duck具有Swimmable和Flyable的能力
  • 定义契约：定义类必须实现的行为，而不关心如何实现
  • 多重能力：一个类需要具备多种不相关的能力
  • 解耦：实现与定义分离，提高代码灵活性

3、代码示例对比

// 抽象类示例：图形类层次结构
public abstract class Shape {protected String color;public Shape(String color) {this.color = color;}public abstract double area();public abstract double perimeter();public String getColor() {return color;}
}public class Circle extends Shape {private double radius;public Circle(String color, double radius) {super(color);this.radius = radius;}@Overridepublic double area() {return Math.PI * radius * radius;}@Overridepublic double perimeter() {return 2 * Math.PI * radius;}
}// 接口示例：多能力组合
public interface Drawable {void draw();
}public interface Resizable {void resize(double factor);
}public class ResizableCircle extends Circle implements Drawable, Resizable {public ResizableCircle(String color, double radius) {super(color, radius);}@Overridepublic void draw() {System.out.println("Drawing a circle with color: " + getColor());}@Overridepublic void resize(double factor) {// 调整大小的实现}
}

四、Java 8+ 的新特性对设计的影响

Java 8 的默认方法使接口能够向后兼容地添加新功能，减少了破坏性变更

public interface Vehicle {void start();// 新添加的默认方法，不影响已有实现default void stop() {System.out.println("Vehicle stopped");}static void describe() {System.out.println("This is a vehicle interface");}
}

但是，这也带来了"多重继承"的复杂性，当多个接口有相同签名的默认方法时：会出现冲突

public interface A {default void hello() {System.out.println("Hello from A");}
}public interface B {default void hello() {System.out.println("Hello from B");}
}public class C implements A, B {// 必须重写 hello() 方法解决冲突@Overridepublic void hello() {A.super.hello(); // 显式选择调用 A 的实现}
}