接口和抽象类的使用场景，你真的知道吗？

引言：在 Java 编程领域，掌握接口和抽象类的区别不仅是基础知识，也是面试中经常遇到的问题。这两种类型在设计模式和面向对象编程中扮演着关键角色，理解它们的不同之处对于 Java 开发者而言极为重要。本文将详细解析接口和抽象类的定义、区别及应用场景，帮助你在技术讨论和面试中更加自信地阐述它们的特点和用法。

题目

接口和抽象类的使用场景，你真的知道吗？

推荐解析

目的和设计哲学

1）接口旨在定义一个合约，它规定了一组方法，但不涉及这些方法的实现。接口是一种完全的抽象，所有方法都是抽象的。接口主要用于定义对象间的交互协议。

2）抽象类既可以包含抽象方法也可以包含具体实现。一个类可以继承一个抽象类，并通过提供抽象方法的具体实现来实现更具体的功能。抽象类允许你定义一些通用的功能和结构，同时为更具体的类留下实现细节。

实现与继承

1）一个类可以实现多个接口，从而可以从多个源继承类型和方法的声明。这提供了一种形式的多重继承。

2）一个类只能继承一个抽象类，因为 Java 和许多其他面向对象的语言不支持多重类继承，这限制了抽象类的灵活性。

默认方法

1）在 Java 8 及以后的版本中，接口可以包含默认方法和静态方法。默认方法是带有实现的方法，允许接口在不影响实现类的情况下增加新功能。

2）抽象类可以包含具体实现的方法，包括静态方法、非静态方法以及构造方法。

成员变量

1）接口只能包含静态、最终（final）变量，即常量。

2）抽象类可以包含静态变量、非静态变量、最终变量等，提供了更大的灵活性。

访问修饰符

1）接口中的方法默认是 public 的，而且直到 Java 9 之前，接口中的方法不能是 private 或 protected 的。

2）抽象类中的方法可以是 public、protected 或 private，提供更细致的访问控制。

使用场景

1）当你想要定义一组相关类必须实现的公共接口，但不需要从这些类中共享代码时，使用接口是更好的选择。

2）当你需要共享代码或拥有部分实现的方法时，使用抽象类更为合适。

加深记忆的例子

1）接口（Interface）：可以比喻为一套标准的交通规则。这套规则定义了在路上行驶的车辆应该遵循的行为准则，例如红灯停、绿灯行，以及如何变道和停车。就像接口定义了一系列方法规范，具体的类（就像各种车辆）需要按照这些规则实现这些方法。这套规则确保了不同的车辆（类）可以在同一环境下协同工作，尽管它们的具体实现（如何驾驶）可能会有所不同。

2）抽象类（Abstract Class）：可以比喻为半成品的车辆。这种车辆已经安装了引擎和轮子，即一些基本的功能已经实现了，但是车辆的其余部分还需要进一步的定制和完成。例如，车身的形状和颜色可能需要根据特定的需求来完成。这就像抽象类一样，它提供了一些已经实现的方法（引擎和轮子），确保了子类（完全定制的车辆）拥有一些基本的功能。然而，抽象类中还有一些抽象方法（未完成的部分），需要由继承它的子类来具体实现，以满足特定的需求。

设计模式

抽象类

1）**模板方法模式：**在这个模式中，抽象类定义了执行某些任务的模板，即一系列步骤的执行顺序。这个模板会调用一系列基本操作，其中一些可以在抽象类中实现（提供默认行为），而一些则留给具体子类去实现。

2）**策略模式：**在策略模式的某些实现中，可以使用抽象类来定义策略接口的一些公共功能或默认行为。具体的策略实现将继承这个抽象类，并覆盖其中的方法以提供特定的行为。

3）**观察者模式：**在某些实现中，观察者基类可以作为一个抽象类，其中定义了通知接口和一些基本操作。具体的观察者类继承这个抽象类，并实现必要的方法来响应主题的状态变化。

4）**状态模式：**状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。使用抽象类可以定义一个状态的接口及其部分实现，而具体状态的实现则可以继承这个抽象类，提供对特定状态的行为。

5）**桥接模式：**在桥接模式中，抽象部分和实现部分是分开的，允许它们独立变化。抽象基类定义了一个接口，它维护了一个对实现部分对象的引用。这个模式允许在抽象层次上操作，而具体的实现细节则由实现部分的具体类来提供。

接口

1）**观察者模式：**接口在这里定义了观察者和被观察者（主题）之间的契约。观察者实现一个接口，以便主题在状态变化时能通知它们。这使得观察者和主题之间的耦合度最小化。

2）工厂模式 和 抽象工厂模式：：这些模式通过接口定义了创建对象的方法，使得系统可以在不指定对象具体类的情况下生成对象。特别是在抽象工厂模式中，一个接口代表了一个工厂，它创建一系列相关或依赖的对象，而不是单一对象。

3）**代理模式：**在这个模式中，接口定义了实际对象和代理对象的共同功能。代理控制对实际对象的访问，可以在访问实际对象之前或之后执行某些操作，如懒加载、访问控制、日志记录等。

4）**适配器模式：**接口在适配器模式中用于定义客户端期望从适配器中获取的操作。适配器实现这个接口并将客户端的请求转换为对一个或多个被适配者的调用，使得原本不兼容的接口能够一起工作。

5）**装饰器模式：**在装饰器模式中，接口定义了一个对象可以执行的操作。装饰器类实现了这个接口，并包含了对同一接口的另一个实现的引用。这允许用户在运行时动态地向对象添加新的功能，同时不改变其结构。

6）**命令模式：**接口在命令模式中定义了执行操作的方法，允许将请求封装为对象，从而让用户能够根据不同的请求、队列或日志请求以及支持撤销操作来参数化其他对象。

其他补充

鱼聪明 AI 的回答：

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1）多继承 vs. 单继承：

1. 接口支持多继承的概念，一个类可以实现多个接口，这使得你可以构造出复杂的继承结构，而不受单继承的限制。
2. 抽象类遵循单继承原则，一个类只能继承一个抽象类。这限制了继承的灵活性，但也避免了多继承可能引入的复杂性和问题，如菱形继承问题。

2）默认实现：

1. 接口在 Java 8 之后允许有默认实现。这意味着接口不再完全是一个约定集合，它可以提供一些方法的实现。这使得接口在不破坏已有代码的基础上，能够更灵活地进化。
2. 抽象类可以提供成员方法的完整实现，包括字段和构造函数，这对于定义复杂的抽象或部分实现非常有用。

3）设计意图：

1. 使用接口表达了一种"能做什么"（can-do）的关系，它定义了对象的一组行为，而不预设这些行为的具体实现方式。
2. 抽象类表达了一种"是什么"（is-a）的关系，它通常用于对象的类型继承中，为子类提供一个共同的基类。

4）兼容性与未来扩展：

1. 接口被广泛用于定义模块间的公共 API，因为它们可以帮助你保持系统的组件之间解耦。使用接口可以在不改变现有代码的基础上，添加新的实现类，从而提高代码的兼容性和可扩展性。
2. 抽象类更适合在你知道未来会添加方法或需要共享代码逻辑时使用。因为添加新的抽象方法到抽象类中，可能会要求所有现有的子类都更新来实现这些新方法。

5）选择使用接口还是抽象类：

1. 如果你要定义一个不包含任何实现但由多个不相关的类实现的类型，使用接口。
2. 如果你正在设计一个提供一些实现的基本功能，同时要求用户扩展这些功能的框架，使用抽象类。

6）设计原则：

1. 设计接口时，遵循单一职责原则（SRP）和接口隔离原则（ISP），确保接口的粒度保持小而专注。
2. 抽象类的设计应考虑到开闭原则（OCP），即允许类容易扩展但是在修改现有功能上应尽可能的闭合。

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文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/86293659

书籍：《 Java 核心技术卷 I 》

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