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Java 接口和抽象類的區(qū)別詳解

瀏覽:87日期:2022-08-12 10:51:23
目錄什么是抽象類和接口? 區(qū)別在哪里?抽象類接口抽象類和接口解決了什么問題?如何模擬抽象類和接口如何決定該用抽象還是接口?什么是抽象類和接口? 區(qū)別在哪里?

不同的編程語言對接口和抽象類的定義方式可能有些差別,但是差別并不大。本文使用 Java 語言。

抽象類

下面我們通過一個例子來看一個典型的抽象類的使用場景。

Logger 是一個記錄日志的抽象類,F(xiàn)ileLogger 和 MessageQueueLogger 繼承Logger,分別實現(xiàn)兩種不同的日志記錄方式:

記錄日志到文件中 記錄日志到消息隊列中

FileLogger 和 MessageQueuLogger 兩個子類復(fù)用了父類 Logger 中的name、enabled 以及 minPermittedLevel 屬性和 log 方法,但是因為兩個子類寫日志的方式不同,他們又各自重寫了父類中的doLog方法。

父類

import java.util.logging.Level;/** * 抽象父類 * @author yanliang * @date 9/27/2020 5:59 PM */public abstract class Logger { private String name; private boolean enabled; private Level minPermittedLevel; public Logger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel) {this.name = name;this.enabled = enabled;this.minPermittedLevel = minPermittedLevel; } public void log(Level level, String message) {boolean loggable = enabled && (minPermittedLevel.intValue() <= level.intValue());if(!loggable) return;doLog(level, message); } protected abstract void doLog(Level level, String message);}

FileLogger

import java.io.FileWriter;import java.io.IOException;import java.io.Writer;import java.util.logging.Level;/** * 抽象類Logger的子類:輸出日志到文件中 * @author yanliang * @date 9/28/2020 4:44 PM */public class FileLogger extends Logger { private Writer fileWriter; public FileLogger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel, String filePath) throws IOException {super(name, enabled, minPermittedLevel);this.fileWriter = new FileWriter(filePath); } @Override protected void doLog(Level level, String message) {// 格式化level 和 message,輸出到日志文件fileWriter.write(...); }}

MessageQueuLogger

import java.util.logging.Level;/** * 抽象類Logger的子類:輸出日志到消息隊列中 * @author yanliang * @date 9/28/2020 6:39 PM */public class MessageQueueLogger extends Logger { private MessageQueueClient messageQueueClient; public MessageQueueLogger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel, MessageQueueClient messageQueueClient) {super(name, enabled, minPermittedLevel);this.messageQueueClient = messageQueueClient; } @Override protected void doLog(Level level, String message) {// 格式化level 和 message,輸出到消息隊列中messageQueueClient.send(...) }}

通過上面的例子,我們來看下抽象類有哪些特性。

抽象類不能被實例化,只能被繼承。(new 一個抽象類,會報編譯錯誤) 抽象類可以包含屬性和方法。方法既可以包含實現(xiàn),也可以不包含實現(xiàn)。不包含實現(xiàn)的方法叫做抽象方法 子類繼承抽象類,必須實現(xiàn)抽象類中的所有抽象方法。 接口

同樣的,下面我們通過一個例子來看下接口的使用場景。

/** * 過濾器接口 * @author yanliang * @date 9/28/2020 6:46 PM */public interface Filter { void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException;}/** * 接口實現(xiàn)類:鑒權(quán)過濾器 * @author yanliang * @date 9/28/2020 6:48 PM */public class AuthencationFilter implements Filter { @Override public void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {// 鑒權(quán)邏輯 }}/** * 接口實現(xiàn)類:限流過濾器 * @author yanliang * @date 9/28/2020 6:48 PM */public class RateLimitFilter implements Filter{ @Override public void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {// 限流邏輯 }}/** * 過濾器使用demo * @author yanliang * @date 9/28/2020 6:48 PM */public class Application { // 過濾器列表 private List<Filter> filters = new ArrayList<>(); filters.add(new AuthencationFilter()); filters.add(new RateLimitFilter()); public void handleRpcRequest(RpcRequest req) {try { for (Filter filter : filters) {filter.doFilter(req); }} catch (RpcException e) { // 處理過濾結(jié)果}// ... }}

上面的案例是一個典型的接口使用場景。通過Java中的 interface 關(guān)鍵字定義了一個Filter 接口,AuthencationFilter 和 RetaLimitFilter 是接口的兩個實現(xiàn)類,分別實現(xiàn)了對Rpc請求的鑒權(quán)和限流的過濾功能。

下面我們來看下接口的特性:

接口不能包含屬性(也就是成員變量) 接口只能生命方法,方法不能包含代碼實現(xiàn) 類實現(xiàn)接口時,必須實現(xiàn)接口中生命的所有方法。

綜上,從語法上對比,這兩者有比較大的區(qū)別,比如抽象類中可以定義屬性、方法的實現(xiàn),而接口中不能定義屬性,方法也不能包含實現(xiàn)等。

除了語法特性的不同外,從設(shè)計的角度,這兩者也有較大區(qū)別。抽象類本質(zhì)上就是類,只不過是一種特殊的類,這種類不能被實例化,只能被子類繼承。屬于is-a的關(guān)系。接口則是 has-a 的關(guān)系,表示具有某些功能。對于接口,有一個更形象的叫法:協(xié)議(contract)

抽象類和接口解決了什么問題?

下面我們先來思考一個問題~

抽象類的存在意義是為了解決代碼復(fù)用的問題(多個子類可以繼承抽象類中定義的屬性哈方法,避免在子類中,重復(fù)編寫相同的代碼)。

那么,既然繼承本身就能達到代碼復(fù)用的目的,而且繼承也不一定非要求是抽象類。我們不適用抽象類,貌似也可以實現(xiàn)繼承和復(fù)用。從這個角度上講,我們好像并不需要抽象類這種語法呀。那抽象類除了解決代碼復(fù)用的問題,還有其他存在的意義嗎?

這里大家可以先思考一下哈~

我們還是借用上面Logger的例子,首先對上面的案例實現(xiàn)做一些改造。在改造之后的實現(xiàn)中,Logger不再是抽象類,只是一個普通的父類,刪除了Logger中的兩個方法,新增了 isLoggable()方法。FileLogger 和 MessageQueueLogger 還是繼承Logger父類已達到代碼復(fù)用的目的。具體代碼如下:

/** * 父類:非抽象類,就是普通的類 * @author yanliang * @date 9/27/2020 5:59 PM */public class Logger { private String name; private boolean enabled; private Level minPermittedLevel; public Logger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel) {this.name = name;this.enabled = enabled;this.minPermittedLevel = minPermittedLevel; } public boolean isLoggable(Level level) {return enabled && (minPermittedLevel.intValue() <= level.intValue()); }}/** * 抽象類Logger的子類:輸出日志到文件中 * @author yanliang * @date 9/28/2020 4:44 PM */public class FileLogger extends Logger { private Writer fileWriter; public FileLogger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel, String filePath) throws IOException {super(name, enabled, minPermittedLevel);this.fileWriter = new FileWriter(filePath); } protected void log(Level level, String message) {if (!isLoggable(level)) return ;// 格式化level 和 message,輸出到日志文件fileWriter.write(...); }}package com.yanliang.note.java.abstract_demo;import java.util.logging.Level;/** * 抽象類Logger的子類:輸出日志到消息隊列中 * @author yanliang * @date 9/28/2020 6:39 PM */public class MessageQueueLogger extends Logger { private MessageQueueClient messageQueueClient; public MessageQueueLogger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel, MessageQueueClient messageQueueClient) {super(name, enabled, minPermittedLevel);this.messageQueueClient = messageQueueClient; } protected void log(Level level, String message) {if (!isLoggable(level)) return ;// 格式化level 和 message,輸出到消息隊列中messageQueueClient.send(...) }}

以上實現(xiàn)雖然達到了代碼復(fù)用的目的(復(fù)用了父類中的屬性),但是卻無法使用多態(tài)的特性了。

像下面這樣編寫代碼就會出現(xiàn)編譯錯誤,因為Logger中并沒有定義log()方法。

Logger logger = new FileLogger('access-log', true, Level.WARN, '/user/log');logger.log(Level.ERROR, 'This is a test log message.');

如果我們在父類中,定義一個空的log()方法,讓子類重寫父類的log()方法,實現(xiàn)自己的記錄日志邏輯。使用這種方式是否能夠解決上面的問題呢? 大家可以先思考下~

這個思路可以用使用,但是并不優(yōu)雅,主要有一下幾點原因:

在Logger中定義一個空的方法,會影響代碼的可讀性。如果不熟悉Logger背后的設(shè)計思想,又沒有代碼注釋的話,在閱讀Logger代碼時就會感到疑惑(為什么這里會存在一個空的log()方法) 當(dāng)創(chuàng)建一個新的子類繼承Logger父類時,有時可能會忘記重新實現(xiàn)log方法。之前是基于抽象類的設(shè)計思想,編譯器會強制要求子類重寫父類的log方法,否則就會報編譯錯誤。 Logger可以被實例化,這也就意味著這個空的log方法有可能會被調(diào)用。這就增加了類被誤用的風(fēng)險。當(dāng)然,這個問題 可以通過設(shè)置私有的構(gòu)造函數(shù)的方式來解決,但是不如抽象類優(yōu)雅。

抽象類更多是為了代碼復(fù)用,而接口更側(cè)重于解耦。接口是對行為的一種抽象,相當(dāng)于一組協(xié)議或者契約(可類比API接口)。調(diào)用者只需要關(guān)心抽象的接口,不需要了解具體的實現(xiàn),具體的實現(xiàn)代碼對調(diào)用者透明。接口實現(xiàn)了約定和實現(xiàn)相分離,可以降低代碼間的耦合,提高代碼的可擴展性。

實際上,接口是一個比抽象類應(yīng)用更加廣泛、更加重要的知識點。比如,我們經(jīng)常提到的 ”基于接口而非實現(xiàn)編程“ ,就是一條幾乎天天會用到的,并且能極大的提高代碼的靈活性、擴展性的設(shè)計思想。

如何模擬抽象類和接口

在前面列舉的例子中,我們使用Java的接口實現(xiàn)了Filter過濾器。不過,在 C++ 中只提供了抽象類,并沒有提供接口,那從代碼的角度上說,是不是就無法實現(xiàn) Filter 的設(shè)計思路了呢? 大家可以先思考下 🤔 ~

我們先會議下接口的定義:接口中沒有成員變量,只有方法聲明,沒有方法實現(xiàn),實現(xiàn)接口的類必須實現(xiàn)接口中的所有方法。主要滿足以上幾點從設(shè)計的角度上來說,我們就可以把他叫做接口。

實際上,要滿足接口的這些特性并不難。下面我們來看下實現(xiàn):

class Strategy { public: -Strategy(); virtual void algorithm()=0; protected: Strategy();}

抽象類 Strategy 沒有定義任何屬性,并且所有的方法都聲明為 virtual 類型(等同于Java中的abstract關(guān)鍵字),這樣,所有的方法都不能有代碼實現(xiàn),并且所有繼承了這個抽象類的子類,都要實現(xiàn)這些方法。從語法特性上看,這個抽象類就相當(dāng)于一個接口。

處理用抽象類來模擬接口外,我們還可以用普通類來模擬接口。具體的Java實現(xiàn)如下所示:

public class MockInterface { protected MockInteface(); public void funcA() { throw new MethodUnSupportedException(); }}

我們知道類中的方法必須包含實現(xiàn),這個不符合接口的定義。但是,我們可以讓類中的方法拋出 MethodUnSupportedException 異常,來模擬不包含實現(xiàn)的接口,并且強迫子類來繼承這個父類的時候,都主動實現(xiàn)父類的方法,否則就會在運行時拋出異常。

那又如何避免這個類被實例化呢? 實際上很簡單,我們只需要將這個類的構(gòu)造函數(shù)聲明為 protected 訪問權(quán)限就可以了。

如何決定該用抽象還是接口?

上面的講解可能偏理論,現(xiàn)在我們就從真實項目開發(fā)的角度來看下。在代碼設(shè)計/編程時,什么時候該用接口?什么時候該用抽象類?

實際上,判斷的標(biāo)準(zhǔn)很簡單。如果我們需要一種is-a關(guān)系,并且是為了解決代碼復(fù)用的問題,就用抽象類。如果我們需要的是一種has-a關(guān)系,并且是為了解決抽象而非代碼復(fù)用問題,我們就用接口。

從類的繼承層次來看,抽象類是一種自下而上的設(shè)計思路,先有子類的代碼復(fù)用,然后再抽象成上層的父類(也就是抽象類)。而接口則相反,它是一種自上而下的設(shè)計思路,我們在編程的時候,一般都是先設(shè)計接口,再去思考具體實現(xiàn)。

好了,你是否掌握了上面的內(nèi)容呢。你可以通過一下幾個維度來回顧自檢一下:

抽象類和接口的語法特性 抽象類和接口存在的意義 抽象類和接口的應(yīng)用場景有哪些

以上就是Java 接口和抽象類的區(qū)別的詳細內(nèi)容,更多關(guān)于Java 接口和抽象類的資料請關(guān)注好吧啦網(wǎng)其它相關(guān)文章!

標(biāo)簽: Java
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