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【Java基础】Java 中的接口

news 来源：原创 2025/5/22 13:47:21

一、前言

在 Java 编程的世界里，接口 是一个极为重要的概念，它如同连接不同模块和类的桥梁，为代码的设计和实现提供了强大的灵活性和扩展性。接口定义了一组行为规范，任何实现该接口的类都必须遵循这些规范，从而实现了代码的解耦和多态性。

二、接口的基本定义

（一）定义概念

接口是一种特殊的抽象类型，它只包含方法签名和常量的定义，而不包含方法的实现。接口使用 interface 关键字 来定义，它定义了一组行为的契约，任何实现该接口的类都必须实现接口中定义的所有方法。

（二）语法示例

// 定义一个接口
interface Shape {
    // 常量定义，默认是 public static final
    double PI = 3.14;

    // 抽象方法，默认是 public abstract
    double area();
    double perimeter();
}

在上述示例中，Shape 是一个接口，它定义了两个抽象方法 area() 和 perimeter()，用于计算图形的面积和周长。同时，接口中还定义了一个常量 PI。

三、接口的特性

（一）接口中的成员特点

  1. 常量：接口中定义的常量默认是 public static final 修饰 的，因此在接口中定义常量时可以省略这些修饰符。常量一旦定义，其值不能被修改。
interface Constants {
    int MAX_VALUE = 100;
    String MESSAGE = "Hello, World!";
}
  1. 抽象方法：接口中的方法默认是 public abstract 修饰 的，同样可以省略这些修饰符。抽象方法只有方法签名，没有方法体，实现接口的类必须实现这些抽象方法。
interface Printable {
    void print();
}
  1. 默认方法（Java 8 及以后）：Java 8 引入了默认方法，使用 default 关键字 修饰。默认方法有方法体，实现接口的类可以选择是否重写默认方法。默认方法的引入是为了在不破坏现有实现类的情况下，向接口中添加新的方法。

默认方法通过他的实现类来调用

interface Vehicle {
    void move();

    default void stop() {
        System.out.println("车辆停止");
    }
}
  1. 静态方法（Java 8 及以后）：Java 8 还支持在接口中定义静态方法，使用 static 关键字 修饰。静态方法可以直接通过接口名调用，不需要实现类的实例。

静态方法只能使用当前接口名来调用

interface MathUtils {
    static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}
  1. 私有方法（Java 9 及以后）：Java 9 引入了私有方法，使用 private 关键字 修饰。私有方法可以有方法体，用于在接口内部复用代码，不能被实现类或外部访问。

私有方法使用接口中的其他实例方法来调用

interface MyInterface {
    default void doSomething() {
        privateMethod();
    }

    private void privateMethod() {
        System.out.println("执行私有方法");
    }
}

（二）接口的继承

接口可以继承其他接口，使用 extends 关键字。一个接口可以继承多个接口，从而实现接口的多继承。

接口与接口可以多继承：一个接口可以同时继承多个接口

interface A {
    void methodA();
}

interface B {
    void methodB();
}

interface C extends A, B {
    void methodC();
}

在上述示例中，接口 C 继承了接口 A 和 B，因此实现接口 C 的类必须实现 methodA()、methodB() 和 methodC() 三个方法。

（三）接口的实现

一个类可以实现一个或多个接口，使用 implements 关键字。实现接口的类必须实现接口中定义的所有抽象方法。

class Circle implements Shape {
    private double radius;

    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public double area() {
        return Shape.PI * radius * radius;
    }

    @Override
    public double perimeter() {
        return 2 * Shape.PI * radius;
    }
}

在上述示例中，Circle 类实现了 Shape 接口，并重写了 area() 和 perimeter() 方法。

四、接口的使用场景

（一）实现多态

接口是实现多态的重要手段之一。通过接口的引用变量可以指向不同的实现类对象，从而实现不同的行为。

interface Animal {
    void makeSound();
}

class Dog implements Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("汪汪汪");
    }
}

class Cat implements Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("喵喵喵");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal dog = new Dog();
        Animal cat = new Cat();

        dog.makeSound();
        cat.makeSound();
    }
}

在上述示例中，Animal 是一个接口，Dog 和 Cat 是实现该接口的类。通过 Animal 接口的引用变量可以调用不同实现类的 makeSound() 方法，实现了多态。

（二）定义回调机制

接口可以用于定义回调机制，当某个事件发生时，调用实现该接口的类的方法。

interface OnClickListener {
    void onClick();
}

class Button {
    private OnClickListener listener;

    public void setOnClickListener(OnClickListener listener) {
        this.listener = listener;
    }

    public void click() {
        if (listener != null) {
            listener.onClick();
        }
    }
}

public class CallbackExample {
    public static void main(String[] args) {
        Button button = new Button();
        button.setOnClickListener(() -> System.out.println("按钮被点击了"));
        button.click();
    }
}

在上述示例中，OnClickListener 是一个接口，Button 类中定义了一个 OnClickListener 类型的成员变量，通过 setOnClickListener() 方法设置点击事件的监听器。当按钮被点击时，调用监听器的 onClick() 方法。

（三）实现插件化架构

接口可以用于实现插件化架构，不同的插件实现同一个接口，主程序可以根据需要加载不同的插件。

interface Plugin {
    void execute();
}

class PluginA implements Plugin {
    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("插件 A 执行");
    }
}

class PluginB implements Plugin {
    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("插件 B 执行");
    }
}

public class PluginSystem {
    public static void main(String[] args) {
        Plugin pluginA = new PluginA();
        Plugin pluginB = new PluginB();

        pluginA.execute();
        pluginB.execute();
    }
}

在上述示例中，Plugin 是一个接口，PluginA 和 PluginB 是实现该接口的插件类。主程序可以根据需要创建不同的插件对象并调用其 execute() 方法。

五、接口与抽象类的比较

（一）语法层面

比较项接口抽象类
定义关键字interfaceabstract class
成员变量只能是 public static final 修饰的常量可以是各种类型的成员变量
方法类型Java 8 之前只能有抽象方法，Java 8 及以后支持默认方法、静态方法和私有方法可以包含抽象方法和非抽象方法
构造器没有构造器可以有构造器,但不能创建对象
继承/实现关系一个类可以实现多个接口，接口可以继承多个接口一个类只能继承一个抽象类

抽象类体现模板思想：更利于做父类，实现代码的复用性。
接口更适合做功能的解耦合：解耦合性更强，更灵活。

（二）设计目的

  • 接口：强调 “can - do” 关系，即类具有某些行为能力。接口主要用于定义一组行为规范，不同的类可以实现同一个接口，从而具有相同的行为能力。
  • 抽象类：强调 “is - a” 关系，即子类是父类的一种特殊类型。抽象类主要用于表示一组具有共同特征和行为的类的抽象，为子类提供通用的属性和方法。

（三）使用场景

  • 接口：当需要为不同的类定义一组统一的行为规范，并且这些类之间没有明显的继承关系时，使用接口更合适。例如，不同的交通工具（汽车、飞机、轮船等）都可以实现 Moveable 接口，具有移动的行为能力。
  • 抽象类：当多个子类有一些共同的属性和行为，并且需要提供一些默认的实现时，使用抽象类比较合适。例如，不同的动物（猫、狗、鸟等）可以继承 Animal 抽象类，具有一些共同的属性（如年龄、体重等）和方法（如进食、睡觉等）。

六、接口在 Java 框架中的应用

（一）Java 集合框架中的接口

Java 集合框架中广泛使用了接口，如 List、Set、Map 等接口。这些接口定义了集合的基本操作，不同的实现类（如 ArrayList、HashSet、HashMap 等）实现了这些接口，提供了不同的存储和访问方式。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class CollectionExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");

        for (String fruit : list) {
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

在上述示例中，List 是一个接口，ArrayList 是实现该接口的类。通过 List 接口的引用变量可以操作 ArrayList 对象，提高了代码的灵活性和可维护性。

（二）Java 多线程中的接口

Java 多线程编程中使用了 Runnable 接口和 Callable 接口。Runnable 接口定义了一个 run() 方法，实现该接口的类可以作为线程的任务来执行。Callable 接口定义了一个 call() 方法，该方法可以有返回值，用于执行有返回结果的任务。

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程正在执行");
    }
}

class MyCallable implements Callable<Integer> {
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        return 1 + 2;
    }
}

public class ThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用 Runnable 接口
        Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
        thread.start();

        // 使用 Callable 接口
        MyCallable callable = new MyCallable();
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        Thread callableThread = new Thread(futureTask);
        callableThread.start();

        try {
            Integer result = futureTask.get();
            System.out.println("计算结果：" + result);
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上述示例中，MyRunnable 类实现了 Runnable 接口，MyCallable 类实现了 Callable 接口。通过创建 Thread 对象和 FutureTask 对象，可以分别执行 Runnable 任务和 Callable 任务。

（三）Spring 框架中的接口

Spring 框架中大量使用了接口，如 ApplicationContext 接口、BeanFactory 接口等。这些接口定义了 Spring 容器的基本功能，不同的实现类（如 ClassPathXmlApplicationContext、XmlBeanFactory 等）实现了这些接口，提供了不同的容器实现方式。

import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;

class MyService {
    public void doSomething() {
        System.out.println("执行服务操作");
    }
}

public class SpringExample {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
        MyService myService = context.getBean(MyService.class);
        myService.doSomething();
    }
}

在上述示例中，ApplicationContext 是一个接口，ClassPathXmlApplicationContext 是实现该接口的类。通过创建 ClassPathXmlApplicationContext 对象，可以加载 Spring 配置文件，获取 Spring 容器中的 Bean 对象。

七、接口的注意事项

（一）方法重写规则

实现接口的类在重写接口的抽象方法时，方法的访问修饰符必须是 public，因为接口中的方法默认是 public 修饰的。

interface MyInterface {
    void method();
}

class MyClass implements MyInterface {
    // 错误，访问修饰符不能比接口中的方法更严格
    // private void method() { } 

    // 正确，使用 public 修饰
    @Override
    public void method() {
        System.out.println("实现接口方法");
    }
}

（二）默认方法和静态方法的使用

  • 默认方法：实现接口的类可以选择是否重写默认方法。如果多个接口中定义了相同签名的默认方法，实现类必须重写该方法，以解决冲突。

一个接口继承多个接口，如果多个接口中存在方法签名冲突，则此时不支持多继承，也不支持多实现

interface A {
    default void method() {
        System.out.println("接口 A 的默认方法");
    }
}

interface B {
    default void method() {
        System.out.println("接口 B 的默认方法");
    }
}

class C implements A, B {
    @Override
    public void method() {
        // 重写方法以解决冲突
        A.super.method(); 
    }
}
  • 静态方法：接口中的静态方法只能通过接口名调用，不能通过实现类的实例调用。
interface MyInterface {
    static void staticMethod() {
        System.out.println("接口的静态方法");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 正确，通过接口名调用静态方法
        MyInterface.staticMethod(); 

        // 错误，不能通过实现类实例调用静态方法
        // MyClass obj = new MyClass();
        // obj.staticMethod(); 
    }
}

（三）接口的常量使用

接口中的常量是 public static final 修饰的，因此可以直接通过接口名访问常量。

interface Constants {
    int MAX_VALUE = 100;
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Constants.MAX_VALUE);
    }
}

八、总结

（一）核心要点回顾

  1. 基本定义：使用 interface 关键字 定义，包含常量和抽象方法，Java 8 及以后支持默认方法、静态方法，Java 9 支持私有方法。
  2. 特性：
    • 常量默认 public static final，方法默认 public abstract。
    • 支持多继承，一个类可实现多个接口。
    • 实现类需重写抽象方法，可选择重写默认方法。
  3. 使用场景：
    • 实现多态，通过接口引用调用不同实现类方法。
    • 定义回调机制，处理事件响应。
    • 实现插件化架构，方便扩展功能。
  4. 与抽象类比较：
    • 语法上，接口更简洁，抽象类更灵活。
    • 设计目的上，接口强调行为能力，抽象类强调继承关系。
    • 使用场景根据类间关系和是否需默认实现选择。
  5. 框架应用：在 Java 集合框架、多线程编程、Spring 框架等中广泛应用，提供统一规范和扩展能力。
  6. 注意事项：
    • 重写方法访问修饰符为 public。
    • 处理默认方法冲突，静态方法通过接口名调用。
    • 常量通过接口名访问。
    • 一个类继承了父类，又同时实现类接口，如果父类中和接口中有同名的方法，实现类会优先用父类的

（二）重要性与应用价值

Java 接口是 Java 编程中不可或缺的一部分，它为代码的设计和实现提供了强大的支持。通过使用接口，可以实现代码的解耦、提高代码的可维护性和可扩展性，同时也方便了不同模块之间的协作和交互。

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