Java中abstract class 和 interface 的解釋和他們的異同點

（一）概述
    在Java語言中， abstract class 和interface 是支援抽象類別定義的兩種機制。正是由於這兩種機制的存

在，才賦予了Java強大的 物件導向能力。abstract class和interface之間在對於抽象類別定義的支援方面具有

很大的相似性，甚至可以相互替換，因此很多開發人員在進 行抽象類別定義時對於abstract class和interface的

選擇顯得比較隨意。其實，兩者之間還是有很大的區別的，對於它們的選擇甚至反映出對 於問題領域本質的理

解、對於設計意圖的理解是否正確、合理。

 

　　abstract class和interface在Java語言中都是用來進行抽象類別（本文 中的抽象類別並非從abstract class

翻譯而來，它表示的是一個抽象體，而abstract class為Java語言中用於定義抽象類別的一種方法， 請讀者注意

區分）定義的，那麼什麼是抽象類別，使用抽象類別能為我們帶來什麼好處呢？

　　在 物件導向的概念中，我們知道所有的對象都是通過類來描繪的，但是反過來卻不是這樣。並不是 所有

的類都是用來描繪對象的（把類具體化），如果一個類中沒有包含足夠的資訊來描繪一個具體的對象，這樣的

類就是抽象類別。抽象類別往往用來表徵我們在對問題領域進行分析、 設計中得出的抽象概念，是對一系列看上去

不同，但是本質上相同的具體概念的抽象。比如：如果我們進行一個圖形編輯軟體的開發，就會發現問題領域

存在著圓、 三角形這樣一些具體概念，它們是不同的，但是它們又都屬於形狀這樣一個概念，形狀這個概念在

問題領域是不存在的，它就是一個抽象概念。正是因為抽象的概念 在問題領域沒有對應的具體概念，所以用以

表徵抽象概念的抽象類別是不能夠執行個體化的。

    在物件導向領域，抽象類別主要用來進行類型隱藏。 我們可以構造出一個固定的一組行為的抽象描 述，但

是這組行為卻能夠有任意個可能的具體實現方式。這個抽象描述就是抽象類別，而這一組任意個可能的具體實現

則表現為所有可能的衍生類別。好比，動物是一個抽象類別，人、猴子、老虎就是具體實現的衍生類別，我們就可以

用動物類型來隱藏人、猴子和老虎的類型。

 

（二）從文法定義來分析

在文法層面，Java語言對於abstract class和interface給出了不同的定義方式，下面以定義一個名為Demo的抽象類別為例來說明這種不同。

　　使用abstract class的方式定義Demo抽象類別的方式如下：

abstract class Demo｛
abstract void method1();
abstract void method2();
…
｝

　　使用interface的方式定義Demo抽象類別的方式如下：

interface Demo{
void method1();
void method2();
…
}

　　在abstract class方式中，Demo可以有自己的資料成員，也可以有非 abstract的成員方法，而在interface方式的實現中，Demo只能夠有

靜態不能被修改的資料成員（也就是必須是static final 的，不過在interface中一般不定義資料成員），所有的成員方法都是abstract的

。從某種意義上說，interface是一種特殊形式的 abstract class。

　　從編程的角度來看，abstract class和interface都可以用來實現 "design by contract" 的思想。但是在具體的使用上面還是有一些區別
的。

　　首先，abstract class 在 Java 語言中表示的是一種繼承關係，一個類只能使用一次繼承關係(因為Java不支援多繼承 -- 轉注)。但是，

一個類卻可以實現多個interface。也許，這是Java語言的設計者在考慮Java對於多重繼承的支援方面的一種折中考慮吧。

　　其次，在abstract class的定義中，我們可以賦予方法的預設行為。但是在interface的定義中，方法卻不能擁有預設行為，為了繞過這個

限制，必須使用委託，但是這會增加一些複雜性，有時會造成很大的麻煩。

　　在 抽象類別中不能定義預設行為還存在另一個比較嚴重的問題，那就是可能會造成維護上的麻煩。因為如果後來想修改類的介面（一般通

過 abstract class 或者interface來表示）以適應新的情況（比如，添加新的方法或者給已用的方法中添 加新的參數）時，就會非常的麻煩

，可能要花費很多的時間（對於衍生類別很多的情況，尤為如此）。但是如果介面是通過abstract class來實現的，那 麼可能就只需要修改定義

在abstract class中的預設行為就可以了。

　　同樣，如果不能在抽象類別中定義預設行為，就會導致同樣的方法實現出現在該抽象類別的每一個衍生類別中，違反了 "one rule，one place"

原則，造成代碼重複，同樣不利於以後的維護。因此，在abstract class和interface間進行選擇時要非常的小心。

（三）從設計理念層面分析

上面主要從文法定義和編程的角度論述了abstract class和interface的區 別，這些層面的區別是比較低層次的、非本質的。本小節將從另一

個層面：abstract class和interface所反映出的設計理念，來分析一下二者的區別。作者認為，從這個層面進行分析才能理解二者概念的本質

所在。

　　前面已經提到過，abstract class在Java語言中體現了一種繼承關係，要想使得 繼承關係合理，父類和衍生類別之間必須存在"is-a"關係，

即父類和衍生類別在概念本質上應該是相同的。對於interface來說則不然，並不要求interface的實現者和interface定義在概念本質上是一致的

， 僅僅是實現了interface定義的契約而已。為了使論述便於理解，下面將通過一個簡單的執行個體進行說明。

　　考慮這樣一個例子，假設在我們的問題領域中有一個關於Door的抽象概念，該Door具有執行兩個動作open和close，此時我們可以通過

abstract class或者interface來定義一個表示該抽象概念的類型，定義方式分別如下所示：

　　使用abstract class方式定義Door：

abstract class Door{
abstract void open();
abstract void close()；
}

　　使用interface方式定義Door：

interface Door{
void open();
void close();
}

　　其他具體的Door類型可以extends使用abstract class方式定義的Door或者implements使用interface方式定義的Door。看起來好像使用

abstract class和interface沒有大的區別。

　　如果現在要求Door還要具有警示的功能。我們該如何設計針對該例子的類結構呢（在本例中， 主要是為了展示 abstract class 和

interface 反映在設計理念上的區別，其他方面無關的問題都做了簡化或者忽略）？下面將羅列出可能的解 決方案，並從設計理念層面對這些

不同的方案進行分析。

　　解決方案一：

　　簡單的在Door的定義中增加一個alarm方法，如下：

abstract class Door{
abstract void open();
abstract void close()；
abstract void alarm();
}

　　或者

interface Door{
void open();
void close();
void alarm();
}

　　那麼具有警示功能的AlarmDoor的定義方式如下：

class AlarmDoor extends Door{
void open(){…}
void close(){…}
void alarm(){…}
}

　　或者

class AlarmDoor implements Door｛
void open(){…}
void close(){…}
void alarm(){…}
｝

　　這種方法違反了物件導向設計中的一個核心原則 ISP (Interface Segregation Principle)，在Door的定義中把Door概念本身固有的行為

方法和另外一個概念"通報器"的行為方 法混在了一起。這樣引起的一個問題是那些僅僅依賴於Door這個概念的模組會因為"通報器"這個概念的

改變（比如：修改alarm方法的參數）而改變，反 之依然。

　　解決方案二：

　　既然open、close和alarm屬於兩個不同的概念，根據ISP原則應該把它們分別定 義在代表這兩個概念的抽象類別中。定義方式有：這兩個概

念都使用 abstract class 方式定義；兩個概念都使用interface方式定義；一個概念 使用 abstract class 方式定義，另一個概念使用

interface方式定義。

　　顯然，由於Java語言不支援多重繼承，所以兩個概念都使用abstract class方式定義是不可行的。後面兩種方式都是可行的，但是對於它

們的選擇卻反映出對於問題領域中的概念本質的理解、對於設計意圖的反映是否正確、合理。我們一一來分析、說明。

　　如果兩個概念都使用interface方式來定義，那麼就反映出兩個問題：1、我們可能沒有 理解清楚問題領域，AlarmDoor在概念本質上到底

是Door還是通報器？2、如果我們對於問題領域的理解沒有問題，比如：我們通過對於問題領域的分 析發現AlarmDoor在概念本質上和Door是一

致的，那麼我們在實現時就沒有能夠正確的揭示我們的設計意圖，因為在這兩個概念的定義上（均使用 interface方式定義）反映不出上述含

義。

　　如果我們對於問題領域的理解是：AlarmDoor在概念本質上是Door，同時它有具有報 警的功能。我們該如何來設計、實現來明確的反映出

我們的意思呢？前面已經說過，abstract class在Java語言中表示一種繼承關係，而繼承關係 在本質上是"is-a"關係。所以對於Door這個概念

，我們應該使用abstarct class方式來定義。另外，AlarmDoor又具有警示功能，說 明它又能夠完成警示概念中定義的行為，所以警示概念可

以通過interface方式定義。如下所示：

abstract class Door{
abstract void open();
abstract void close()；
}
interface Alarm{
void alarm();
}
class Alarm Door extends Door implements Alarm{
void open(){…}
void close(){…}
void alarm(){…}
}

　　這種實現方式基本上能夠明確的反映出我們對於問題領域的理解，正確的揭示我們的設計意圖。其 實abstract class表示的是"is-a"關係

，interface表示的是"like-a"關係，大家在選擇時可以作為一個依據，當然這是建立在對問題領域的理解上的，比如：如果我們認為

AlarmDoor在概念本質上是通報器，同時又具有Door的功能，那麼上述的定義方式就要反過來了。

 

（四）abstract class總結

    1.abstract class通常含有一個或多個抽象方法，抽象方法不提供實現；包含抽象方法的類必須聲明為抽象類別abstract class；abstract

class的所有具體子類都必須為超類提供具體實現；子類如果沒有實現超類的抽象方法，則會產生編譯錯誤，除非子類也聲明為abstract。

    2.abstract class聲明了類階層中各個類的共同屬性和行為；由於不能繼承建構函式，因此建構函式不能聲明為抽象方法；儘管不能

執行個體化抽象類別的對象，但是能夠聲明抽象類別型的變數，這種變數可用於引用子類的對象

（五）interface總結

    1.介面以interface開始，並包含一組預設為是public的抽象方法，介面可以包含變數，預設為static final的，且必須給其初值，所以實

現類中不能重新定義，也不能改變其值；實現介面必須實現其中的所有方法，介面中不能有實現方法，所有的成員方法都是abstract的。

    2.如果一個類沒有實現任何介面方法，則它是抽象類別，並且必須以關鍵字abstract聲明該類；實現一個介面如同與編譯器達成一個協議，

“我將聲明該介面制定的所有方法”。

（六）小結

　　1.abstract class 在 Java 語言中表示的是一種繼承關係，一個類只能使用一次繼承關係。但是，一個類卻可以實現多個interface。

　　2.在abstract class 中可以有自己的資料成員，也可以有非abstarct的成員方法，而在interface中，只能夠有靜態不能被修改的資料

成員（也就是必須是static final的，不過在 interface中一般不定義資料成員），所有的成員方法都是abstract的。

　　3.abstract class和interface所反映出的設計理念不同。其實abstract class表示的是"is-a"關係，

interface表示的是"like-a"關係。

　

    4.介面一般用於在抽象類別中沒有可供繼承的預設實現時（即沒有執行個體變數和預設方法實現）代替該類。
    
    5.abstract class是另一種契約形式,是設計對實現的要求；而介面是伺服器對用戶端的要求。
    
    6.abstract class是一個基類，不能被執行個體化；介面是個聲明，每個對應介面的類都要實現方法。

 

   7. 一個子類如果implements一個介面，就必須實現介面中的所有方法（不管是否需要）；如果是繼承一個抽象類別，只需要實現需要的方法

即可，這是抽象類別的一個優點

   8. 如果一個介面中定義的方法名改變了，那麼所有實現此介面的子類顯然將無法通過編譯，因為它們所實現的方法名已經不存在了，這是

介面的一個缺點；而抽象類別中如果有個非抽象方法改了，就不存在這個問題，只是為子類添加了一個新的方法。

  9. 看前面兩點，似乎抽象類別要比介面有著更多的優點，但它卻有著一個難以彌補的缺點：就是一個子類只能有一個父類。A extends B 。

這樣A就擁有了B的所有方法和功能，但當A還想擁有C的功能的時候。就不能通過 A extends C 來實現，而需要走一些彎路。目前系統架構

的趨勢就是由針對抽象（借口，抽象類別）而不是具體編程，並且將功能儘可能的細分。這就需要通過實現多個介面的方式來實現，顯然，抽

象類無法提供這樣的功能。從系統重構的角度來說，一個具體類抽象出介面是十分方便的。只需要寫一個介面，裡面定義具體類的所有方法，

然後在為這個具體類implement這個介面就可以了。而抽象類別就要複雜的多，比如說 B extends A , C extends B 如果想要為c抽象出一個抽象

類D的話，就需要找到它的最頂層A來從頭做起,因為無法做到C extends D