可能是把 Java 接口讲得最通俗的一篇文章

2020/05/15

读者春夏秋冬在抽象类的那篇文章中留言,“二哥,面试官最喜欢问的一个问题就是,‘兄弟,说说抽象类和接口之间的区别?’,啥时候讲讲接口呗!”

对于面向对象编程来说,抽象是一个极具魅力的特征。如果一个程序员的抽象思维很差,那他在编程中就会遇到很多困难,无法把业务变成具体的代码。在 Java 中,可以通过两种形式来达到抽象的目的,一种是抽象类,另外一种就是接口。

如果你现在就想知道抽象类与接口之间的区别,我可以提前给你说一个:

  • 一个类只能继承一个抽象类,但却可以实现多个接口。

当然了,在没有搞清楚接口到底是什么,它可以做什么之前,这个区别理解起来会有点难度。

01、接口是什么

接口是通过 interface 关键字定义的,它可以包含一些常量和方法,来看下面这个示例。

public interface Electronic {
    // 常量
    String LED = "LED";

    // 抽象方法
    int getElectricityUse();

    // 静态方法
    static boolean isEnergyEfficient(String electtronicType) {
        return electtronicType.equals(LED);
    }

    // 默认方法
    default void printDescription() {
        System.out.println("电子");
    }
}

1)接口中定义的变量会在编译的时候自动加上 public static final 修饰符,也就是说 LED 变量其实是一个常量。

Java 官方文档上有这样的声明:

Every field declaration in the body of an interface is implicitly public, static, and final.

换句话说,接口可以用来作为常量类使用,还能省略掉 public static final,看似不错的一种选择,对吧?

不过,这种选择并不可取。因为接口的本意是对方法进行抽象,而常量接口会对子类中的变量造成命名空间上的“污染”。

2)没有使用 privatedefault 或者 static 关键字修饰的方法是隐式抽象的,在编译的时候会自动加上 public abstract 修饰符。也就是说 getElectricityUse() 其实是一个抽象方法,没有方法体——这是定义接口的本意。

3)从 Java 8 开始,接口中允许有静态方法,比如说 isEnergyEfficient() 方法。

静态方法无法由(实现了该接口的)类的对象调用,它只能通过接口的名字来调用,比如说 Electronic.isEnergyEfficient("LED")

接口中定义静态方法的目的是为了提供一种简单的机制,使我们不必创建对象就能调用方法,从而提高接口的竞争力。

4)接口中允许定义 default 方法也是从 Java 8 开始的,比如说 printDescription(),它始终由一个代码块组成,为实现该接口而不覆盖该方法的类提供默认实现,也就是说,无法直接使用一个“;”号来结束默认方法——编译器会报错的。

允许在接口中定义默认方法的理由是很充分的,因为一个接口可能有多个实现类,这些类就必须实现接口中定义的抽象类,否则编译器就会报错。假如我们需要在所有的实现类中追加某个具体的方法,在没有 default 方法的帮助下,我们就必须挨个对实现类进行修改。

来看一下 Electronic 接口反编译后的字节码吧,你会发现,接口中定义的所有变量或者方法,都会自动添加上 public 关键字——假如你想知道编译器在背后都默默做了哪些辅助,记住反编译字节码就对了。

public interface Electronic
{

    public abstract int getElectricityUse();

    public static boolean isEnergyEfficient(String electtronicType)
    {
        return electtronicType.equals("LED");
    }

    public void printDescription()
    {
        System.out.println("\u7535\u5B50");
    }

    public static final String LED = "LED";
}

有些读者可能会问,“二哥,为什么我反编译后的字节码和你的不一样,你用了什么反编译工具?”其实没有什么秘密,微信搜「沉默王二」回复关键字「JAD」就可以免费获取了,超级好用。

02、定义接口的注意事项

由之前的例子我们就可以得出下面这些结论:

  • 接口中允许定义变量
  • 接口中允许定义抽象方法
  • 接口中允许定义静态方法(Java 8 之后)
  • 接口中允许定义默认方法(Java 8 之后)

除此之外,我们还应该知道:

1)接口不允许直接实例化。

需要定义一个类去实现接口,然后再实例化。

public class Computer implements Electronic {

    public static void main(String[] args) {
        new Computer();
    }

    @Override
    public int getElectricityUse() {
        return 0;
    }
}

2)接口可以是空的,既不定义变量,也不定义方法。

public interface Serializable {
}

Serializable 是最典型的一个空的接口,我之前分享过一篇文章《Java Serializable:明明就一个空的接口嘛》,感兴趣的读者可以去我的个人博客看一看,你就明白了空接口的意义。

http://www.itwanger.com/java/2019/11/14/java-serializable.html

3)不要在定义接口的时候使用 final 关键字,否则会报编译错误,因为接口就是为了让子类实现的,而 final 阻止了这种行为。

4)接口的抽象方法不能是 private、protected 或者 final。

5)接口的变量是隐式 public static final,所以其值无法改变。

03、接口可以做什么

1)使某些实现类具有我们想要的功能,比如说,实现了 Cloneable 接口的类具有拷贝的功能,实现了 Comparable 或者 Comparator 的类具有比较功能。

Cloneable 和 Serializable 一样,都属于标记型接口,它们内部都是空的。实现了 Cloneable 接口的类可以使用 Object.clone() 方法,否则会抛出 CloneNotSupportedException。

public class CloneableTest implements Cloneable {
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        CloneableTest c1 = new CloneableTest();
        CloneableTest c2 = (CloneableTest) c1.clone();
    }
}

运行后没有报错。现在把 implements Cloneable 去掉。

public class CloneableTest {
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        CloneableTest c1 = new CloneableTest();
        CloneableTest c2 = (CloneableTest) c1.clone();

    }
}

运行后抛出 CloneNotSupportedException:

Exception in thread "main" java.lang.CloneNotSupportedException: com.cmower.baeldung.interface1.CloneableTest
    at java.base/java.lang.Object.clone(Native Method)
    at com.cmower.baeldung.interface1.CloneableTest.clone(CloneableTest.java:6)
    at com.cmower.baeldung.interface1.CloneableTest.main(CloneableTest.java:11)

至于 Comparable 和 Comparator 的用法,感兴趣的读者可以参照我之前写的另外一篇文章《来吧,一文彻底搞懂Java中的Comparable和Comparator》。

http://www.itwanger.com/java/2020/01/04/java-comparable-comparator.html

2)Java 原则上只支持单一继承,但通过接口可以实现多重继承的目的。

可能有些读者会问,“二哥,为什么 Java 只支持单一继承?”简单来解释一下。

如果有两个类共同继承(extends)一个有特定方法的父类,那么该方法会被两个子类重写。然后,如果你决定同时继承这两个子类,那么在你调用该重写方法时,编译器不能识别你要调用哪个子类的方法。这也正是著名的菱形问题,见下图。

ClassC 同时继承了 ClassA 和 ClassB,ClassC 的对象在调用 ClassA 和 ClassB 中重载的方法时,就不知道该调用 ClassA 的方法,还是 ClassB 的方法。

接口没有这方面的困扰。来定义两个接口,Fly 会飞,Run 会跑。

public interface Fly {
    void fly();
}
public interface Run {
    void run();
}

然后让一个类同时实现这两个接口。

public class Pig implements Fly,Run{
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("会飞的猪");
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("会跑的猪");
    }
}

这就在某种形式上达到了多重继承的目的:现实世界里,猪的确只会跑,但在雷军的眼里,站在风口的猪就会飞,这就需要赋予这只猪更多的能力,通过抽象类是无法实现的,只能通过接口。

3)实现多态。

什么是多态呢?通俗的理解,就是同一个事件发生在不同的对象上会产生不同的结果,鼠标左键点击窗口上的 X 号可以关闭窗口,点击超链接却可以打开新的网页。

多态可以通过继承(extends)的关系实现,也可以通过接口的形式实现。来看这样一个例子。

Shape 是表示一个形状。

public interface Shape {
    String name();
}

圆是一个形状。

public class Circle implements Shape {
    @Override
    public String name() {
        return "圆";
    }
}

正方形也是一个形状。

public class Square implements Shape {
    @Override
    public String name() {
        return "正方形";
    }
}

然后来看测试类。

List<Shape> shapes = new ArrayList<>();
Shape circleShape = new Circle();
Shape squareShape = new Square();

shapes.add(circleShape);
shapes.add(squareShape);

for (Shape shape : shapes) {
    System.out.println(shape.name());
}

多态的存在 3 个前提:

1、要有继承关系,Circle 和 Square 都实现了 Shape 接口 2、子类要重写父类的方法,Circle 和 Square 都重写了 name() 方法 3、父类引用指向子类对象,circleShape 和 squareShape 的类型都为 Shape,但前者指向的是 Circle 对象,后者指向的是 Square 对象。

然后,我们来看一下测试结果:

圆
正方形

也就意味着,尽管在 for 循环中,shape 的类型都为 Shape,但在调用 name() 方法的时候,它知道 Circle 对象应该调用 Circle 类的 name() 方法,Square 对象应该调用 Square 类的 name() 方法。

04、接口与抽象类的区别

好了,关于接口的一切,你应该都搞清楚了。现在回到读者春夏秋冬的那条留言,“兄弟,说说抽象类和接口之间的区别?”

1)语法层面上

  • 接口中不能有 public 和 protected 修饰的方法,抽象类中可以有。
  • 接口中的变量只能是隐式的常量,抽象类中可以有任意类型的变量。
  • 一个类只能继承一个抽象类,但却可以实现多个接口。

2)设计层面上

抽象类是对类的一种抽象,继承抽象类的类和抽象类本身是一种 is-a 的关系。

接口是对类的某种行为的一种抽象,接口和类之间并没有很强的关联关系,所有的类都可以实现 Serializable 接口,从而具有序列化的功能。

就这么多吧,能说道这份上,我相信面试官就不会为难你了。

如果觉得文章对你有点帮助,请微信搜索「 沉默王二 」第一时间阅读,回复「并发」更有一份阿里大牛重写的 Java 并发编程实战,从此再也不用担心面试官在这方面的刁难了。

本文已收录 GitHub,传送门~ ,里面更有大厂面试完整考点,欢迎 Star。

我是沉默王二,一枚有颜值却靠才华苟且的程序员。关注即可提升学习效率,别忘了三连啊,点赞、收藏、留言,我不挑,嘻嘻

(转载本站文章请注明作者和出处 沉默王二

Show Disqus Comments

Post Directory

扫码或搜索:沉默王二
发送 290992
即可立即永久解锁本站全部文章