詳解abstract class和interface的本質

我們知道abstract class和interface的不同在語法定義和編程的角度，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，abstarct class在Java語言中體現了一種繼承關系，要想使得繼承關系合理，父類和派生類之間必須存在"is a"關系，即父類和派生類在概念本質上應該是相同的（參考文獻〔3〕中有關於"is a"關系的大篇幅深入的論述，有興趣的讀者可以參考）。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實例進行說明。

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還要具有報警的功能。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();   
} 

那麼具有報警功能的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() { … }  
} 

這種方法違反了面向對象設計中的一個核心原則ISP（Interface Segregation Priciple），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"報警器"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這個概念的模塊會因為"報警器"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語言不支持多重繼承，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還是報警器？

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系，而繼承關系在本質上是"is a"關系。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又具有報警功能，說明它又能夠完成報警概念中定義的行為，所以報警概念可以通過interface方式定義。如下所示：

abstract class Door {  
　abstract void open();  
　abstract void close()；  
}  
interface Alarm {  
　void alarm();  
}  
class AlarmDoor 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"關系，interface表示的是"like a"關系，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在概念本質上是報警器，同時又具有Door的功能，那麼上述的定義方式就要反過來了。

結論

abstract class和interface是Java語言中的兩種定義抽象類的方式，它們之間有很大的相似性。但是對於它們的選擇卻又往往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，因為它們表現了概念間的不同的關系（雖然都能夠實現需求的功能）。這其實也是語言的一種的慣用法，希望讀者朋友能夠細細體會。

對於abstract class和interface的本質區別的內容就向你介紹到這裡，希望對你了解和學習abstract class和interface有所幫助。