Java学习笔记之Java接口详解

作者: 爱敲代码的王小帅 | 来源:发表于2018-03-26 13:03 被阅读0次

申明：非原创，转载自 Java接口详解（一）
Java接口详解（二）

一、基本概念

接口（Interface），在JAVA编程语言中是一个抽象类型，是抽象方法的集合。接口通常以interface来声明。一个类通过继承接口的方式，从而来继承接口的抽象方法。

如果一个类只由抽象方法和全局常量组成，那么这种情况下不会将其定义为一个抽象类。只会定义为一个接口，所以接口严格的来讲属于一个特殊的类，而这个类里面只有抽象方法和全局常量，就连构造方法也没有。

范例：定义一个接口

interface A{//定义一个接口

    public static final String MSG = "hello";//全局常量
    public abstract void print();//抽象方法
}

二、接口的使用

1、由于接口里面存在抽象方法，所以接口对象不能直接使用关键字new进行实例化。接口的使用原则如下：
（1）接口必须要有子类，但此时一个子类可以使用implements关键字实现多个接口；
（2）接口的子类（如果不是抽象类），那么必须要覆写接口中的全部抽象方法；
（3）接口的对象可以利用子类对象的向上转型进行实例化。

范例：

package com.wz.interfacedemo;

interface A{//定义一个接口A

    public static final String MSG = "hello";//全局常量

    public abstract void print();//抽象方法
}

interface B{//定义一个接口B

    public abstract void get();
}

class X implements A,B{//X类实现了A和B两个接口

    @Override
    public void print() {
        System.out.println("接口A的抽象方法print()");
    }

    @Override
    public void get() {
        System.out.println("接口B的抽象方法get()");
    }

}

public class TestDemo {

    public static void main(String[] args){

        X x = new X();//实例化子类对象
        A a = x;//向上转型
        B b = x;//向上转型

        a.print();
        b.get();
    }

}

运行结果：

接口A的抽象方法print()
接口B的抽象方法get()

以上的代码实例化了X类的对象，由于X类是A和B的子类，那么X类的对象可以变为A接口或者B接口对象。我们把测试主类代码改一下：

public class TestDemo {

    public static void main(String[] args){

        A a = new X();

        B b = (B) a;
        b.get();

    }

}

运行结果：

接口B的抽象方法get()

好，没任何问题，我们再来做个验证：

public class TestDemo {

    public static void main(String[] args){

        A a = new X();

        B b = (B) a;
        b.get();

        System.out.println(a instanceof A);
        System.out.println(a instanceof B);

    }

运行结果：

接口B的抽象方法get()
true
true

我们发现，从定义结构来讲，A和B两个接口没有任何直接联系，但这两个接口却拥有同一个子类。我们不要被类型和名称所迷惑，因为实例化的是X子类，而这个类对象属于B类的对象，所以以上代码可行，只不过从代码的编写规范来讲，并不是很好。

2、对于子类而言，除了实现接口外，还可以继承抽象类。若既要继承抽象类，同时还要实现接口的话，使用一下语法格式：

class 子类 [extends 父类] [implemetns 接口1,接口2,...] {}

范例：

interface A{//定义一个接口A

    public static final String MSG = "hello";//全局常量

    public abstract void print();//抽象方法
}

interface B{//定义一个接口B

    public abstract void get();
}

abstract class C{//定义一个抽象类C
    public abstract void change();
}

class X extends C implements A,B{//X类继承C类，并实现了A和B两个接口

    @Override
    public void print() {
        System.out.println("接口A的抽象方法print()");
    }

    @Override
    public void get() {
        System.out.println("接口B的抽象方法get()");
    }

    @Override
    public void change() {
        System.out.println("抽象类C的抽象方法change()");

    }

}

对于接口，里面的组成只有抽象方法和全局常量，所以很多时候为了书写简单，可以不用写public abstract 或者public static final。并且，接口中的访问权限只有一种：public，即：定义接口方法和全局常量的时候就算没有写上public，那么最终的访问权限也是public，注意不是default。以下两种写法是完全等价的：

interface A{
    public static final String MSG = "hello";
    public abstract void print();
}

等价于

interface A{
    String MSG = "hello";
    void print();
}

但是，这样会不会带来什么问题呢？如果子类子类中的覆写方法也不是public，我们来看：

package com.wz.interfacedemo;

interface A{

    String MSG = "hello";

    void print();
}

class X implements A{

    void print() {
        System.out.println("接口A的抽象方法print()");
    }

}

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args){

        A a = new X();
        a.print();
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.IllegalAccessError: com.wz.interfacedemo.X.print()V
    at com.wz.interfacedemo.TestDemo.main(TestDemo.java:22)

这是因为接口中默认是public修饰，若子类中没用public修饰，则访问权限变严格了，给子类分配的是更低的访问权限。所以，在定义接口的时候强烈建议在抽象方法前加上public ，子类也加上：

interface A{

    String MSG = "hello";

    public void print();
}

class X implements A{

    public void print() {
        System.out.println("接口A的抽象方法print()");
    }

}

3、在Java中，一个抽象类只能继承一个抽象类，但一个接口却可以使用extends关键字同时继承多个接口（但接口不能继承抽象类）。

范例：

interface A{
    public void funA();
}

interface B{
    public void funB();
}

//C接口同时继承了A和B两个接口
interface C extends A,B{//使用的是extends
    public void funC();
}

class X implements C{

    @Override
    public void funA() {

    }

    @Override
    public void funB() {

    }

    @Override
    public void funC() {

    }

}

由此可见，从继承关系来说接口的限制比抽象类少：
（1）一个抽象类只能继承一个抽象父类，而接口可以继承多个接口；
（2）一个子类只能继承一个抽象类，却可以实现多个接口（在Java中，接口的主要功能是解决单继承局限问题）

4、从接口的概念上来讲，接口只能由抽象方法和全局常量组成，但是内部结构是不受概念限制的，正如抽象类中可以定义抽象内部类一样，在接口中也可以定义普通内部类、抽象内部类和内部接口（但从实际的开发来讲，用户自己去定义内部抽象类或内部接口的时候是比较少见的），范例如下，在接口中定义一个抽象内部类：

interface A{
    public void funA();

    abstract class B{//定义一个抽象内部类
        public abstract void funB();
    }
}

在接口中如果使用了static去定义一个内接口，它表示一个外部接口：

interface A{
    public void funA();

    static interface B{//使用了static，是一个外部接口
        public void funB();
    }
}
class X implements A.B{

    @Override
    public void funB() {

    }

}

三、接口的实际应用（标准定义）

在日常的生活之中，接口这一名词经常听到的，例如：USB接口、打印接口、充电接口等等。

interface

如果要进行开发，要先开发出USB接口标准，然后设备厂商才可以设计出USB设备。

现在假设每一个USB设备只有两个功能：安装驱动程序、工作。
定义一个USB的标准：

interface USB {   // 操作标准       
    public void install() ;
    public void work() ;
}

在电脑上应用此接口：

class Computer {
   public void plugin(USB usb) {
          usb.install() ;
          usb.work() ;
   }
}

定义USB设备—手机：

class Phone implements USB {
     public void install() {
           System.out.println("安装手机驱动程序。") ;
     }
     public void work() {
           System.out.println("手机与电脑进行工作。") ;
     }
}

定义USB设备—打印机：

class Print implements USB {
      public void install() {
           System.out.println("安装打印机驱动程序。") ;
      }
      public void work() {
           System.out.println("进行文件打印。") ;
      }
}

定义USB设备—MP3:

class MP3 implements USB {
      public void install() {
           System.out.println("安装MP3驱动程序。") ;
      }
      public void work() {
           System.out.println("进行MP3拷贝。") ;
      }
}

测试主类：

public class TestDemo {
    public static void main(String args[]) {
        Computer c = new Computer() ;
        c.plugin(new Phone()) ;
        c.plugin(new Print()) ;
        c.plugin(new MP3());
    }
}

运行结果：

安装手机驱动程序。
手机与电脑进行工作。
安装打印机驱动程序。
进行文件打印。
安装MP3驱动程序。
进行MP3拷贝。

可以看出，不管有多少个USB接口的子类，都可以在电脑上使用。
在现实生活中，标准的概念随处可见，而在程序里标准使用接口定义的。

上一篇Java接口详解（一）讲到了接口的基本概念、接口的使用和接口的实际应用（标准定义）。我们接着来讲。

一、接口的应用—工厂设计模式（Factory）

我们先看一个范例：

package com.wz.factoryDemo;

interface Fruit{
    public void eat();
}

class Apple implements Fruit{

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("吃苹果。。。");

    }
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Fruit f = new Apple();
        f.eat();

    }

}

运行结果：

吃苹果。。。

以上程序非常简单，就是通过接口的子类为接口对象实例化，但这样操作会存在什么样的问题呢？在软件开发中，我们强调以下两点：
（1）主方法或主类是一个客户端，客户端的操作应该越简单越好；
（2）客户端之外的代码修改，不影响用户的使用。也就是说，用户可以不用去关心代码是否由变更。

确实，以上范例没有任何语法错误，但关键的问题是客户端中出现的new关键字上。因为，一个接口会有多个子类，对于上面的Furit接口，也可能出现多个子类对象。

来看范例，我们多加上一个接口子类：

class Orange implements Fruit{

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("吃橘子。。。");

    }

}

客户端是若要得到这个新的子类对象，需要修改代码为：

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //Fruit f = new Apple();
        Fruit f = new Orange();
        f.eat();

    }

}

从上面我们发现，如果直接在客户端上产生一个实例化对象，那么我们每次要更换对象时，都需要修改客户端代码，这样的做法明显是不好的。而在整个代码中，我们最关心的是如何取得一个Fruit接口对象，然后进行方法的调用，至于这个接口对象时被谁实例化的，不是客户端关心的。这个问题就是代码耦合度太高！耦合度太高的产生的直接问题是代码不方便维护。

在本程序之中，最大的问题在于耦合上，发现在主方法中，一个接口和一个子类紧密耦合在一起，这种方式比较直接，可以简单的理解为由A —>B，但是这种紧密的方式不方便于维护，所以我们可以这样改：A—> C—>B，中间经历了一个过渡，这样一来，B改变，然后C去改变，但是A不需要改变。这可以参考Java中JVM的设计思想：程序—> JVM—>适应不同的操作系统。

于是，本程序我们这么修改，加上一个工厂类：

class Factory{
    public static Fruit getInstance(String className){
        if("apple".equals(className)){
            return new Apple();
        }else if("orange".equals(className)){
            return new Orange();
        }else{
            return null;
        }

    }
}

然后修改客户端：

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Fruit f = Factory.getInstance("apple");
        f.eat();

    }

}

运行结果：

吃苹果。。。

这样的话，客户端不会看见具体的子类，客户端不再和一个具体的子类耦合在一起了，就算以后增加了新的子类，那么只需要修改Factory类即可实现，客户端的调用不会改变。

工厂模式的关系图如下：

factory

从工厂模式关系图看出，客户端不和具体的子类耦合在一起，若要增加新的子类，只需要修改Factory类即可实现。

二、接口的应用—代理设计模式（Proxy）

Java代理设计模式单独讲解，请移步到 Java设计模式之代理模式

所谓代理，就是一个人或者机构代表另一个人或者机构采取行动。在一些情况下，一个客户不想或者不能够直接引用一个对象，而代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用。

关系图如下：

proxy

代理设计模式的核心精髓就在于：有一个主题操作接口（接口中可能有多个方法），而核心业务主题只完成核心功能，而代理主题负责完成所有与核心主题有关的辅助性操作。

三、Java抽象类和接口的区别

区别

通过上面的分析可以得出结论：在开发之中，抽象类和接口实际上都是可以使用的，并且使用那一个都没有明确的限制，可是抽象类有一个最大的缺点：一个子类只能够继承一个抽象类，存在单继承的局限。所以当遇到抽象类和接口都可以使用的情况下，优先考虑接口，避免单继承局限。

一些参考原则（根据自身情况参考）：
（1）在进行某些公共操作的时候一定要定义出接口；
（2）有了接口就需要利用子类完善方法；
（3）如果是我们自己写的接口，尽量不要使用关键字new去直接实例化接口子类，要使用工厂类完成。

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