012、谈谈接口和抽象类有什么区别?

Java是非常典型的面向对象语言,曾经有一段时间,程序员整天把面向对象、设计模式挂在嘴边。虽然如今大家对这方面已经不再那么狂热,但是不可否认,掌握面向对象设计原则和技巧是保证高质量代码的基础之ー。

面向对象提供的基本机制,对于提高开发、沟通等各方面效率至关重要。考察面向对象也是面试中的常见一环,下面我来聊聊面向对象设计基础。
今天我要问你的问题是,谈谈接口和抽象类有什么区别?

### 考点分析！
这是个非常高频的Java面向对象基础问题,看起来非常简单的问题,如果面试官稍微深入些,你会发现很多有意思的地方,可以从不同角度全面地考察你对基本机制的理解和掌握。
比如
- 对于Java的基本语法是否理解准确。能否定义出语法基本正确的接口、抽象类或者相关继承实现,涉及重载( Overload)、重写( Override)更是有各种不同的题目。
- 在软件设计开发中妥善地使用接口和抽象类。你至少知道典型应用场景,掌握基础类库重要接口的使用;掌握设计方法,能够在review代码的时候看出明显的不利于未来维护的设计。
- 掌握Java语言特性演进。现在非常多的框架已经是基于Java8,并逐渐支持更新版本,掌握相关语法,理解设计目的是很有必要的。

### 典型回答！
接口和抽象类是Java面向对象设计的两个基础机制。
接口是对行为的抽象,它是抽象方法的集合,利用接口可以达到API定义和实现分离的目的。接口,不能实例化;不能包含任何非常量成员,任何field都是隐含着 public static final的意义;同时,没有非静态方法实现,也就是说要么是抽象方法,要么是静态方法。Java标准类库中,定义了非常多的接口,比如java.util.List。

抽象类是不能实例化的类,用abstract关键字修饰class,其目的主要是代码重用。除了不能实例化,形式上和一般的Java类并没有太大区別,可以有一个或者多个抽象方法,也可以没有抽象方法。抽象类大多用于抽取相关Java类的共用方法实现或者是共同成员变量,然后通过继承的方式达到代码复用的目的。Java标准库中,比如collection框架,很多通用部分就被抽取成为抽象类,如java.util.AbstractList。Java类实现interface使用implements关键词,继承抽象类则是使用extends关键字。

比如:
```
public class Arraylist<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, 
java.io.Serializable{
    
}
```

### 知识扩展！

我会从接口、抽象类的一些实践,以及语言变化方面去阐述一些扩展知识点。

Java相比于其他面向对象语言,如C++,设计上有一些基本区別,比如Java不支持多继承。这种限制,在规范了代码实现的同时,也产生了ー些局限性,影响着程序设计结构。Java类可以实现多个接口,因为接口是抽象方法的集合,所以这是声明性的,但不能通过扩展多个抽象类来重用逻辑。

在一些情況下存在特定场景,需要抽象出与具体实现、实例化无关的通用逻辑,或者纯调用关系的逻辑,但是使用传统的抽象类会陷入到单继承的窘境。以往常见的做法是,实现由静态方法组成的工具类(Utils),比如java.util.Collections。

设想,为接口添加任何抽象方法,相应的所有实现了这个接口的类,也必须实现新增方法,否则会出现编译错误。对于抽象类,如果我们添加非抽象方法,其子类只会享受到能力扩展,而不用担心编译出问题。

接口的职责也不仅仅限于抽象方法的集合,其实有各种不同的实践。有一类没有任何方法的接口,通常叫作 Marker Interface,顾名思义,它的目的就是为了声明某些东西,比如我们熟知的Cloneable、 Serializable等。这种用法,也存在于业界其他的Java产品代码中。从表面看,这似乎和 Annotation异曲同工,也确实如此,它的好处是简单直接。对于Annotation,因为可以指定参数和值,在表达能力上要更强大ー些,所以更多人选择使用Annotation。

Java8增加了函数式编程的支持,所以又增加了一类定义,即所谓Functional Interface,简单说就是只有一个抽象方法的接口,通常建议使用@Functionallnterface Annotation来标记。Lambda表达式本身可以看作是一类Functional Interface,某种程度上这和面向对象可以算是两码事。我们熟知的 Runnable、Callable之类,都是Functional Interface,这里不再多介绍了,有兴趣你可以参考https://www.oreilly.com/learning/java-8-functional-interfaces。

还有一点可能让人感到意外,严格说,Java8以后,接口也是可以有方法实现的!从Java8开始, interface增加了对 default method的支持。Java9以后,甚至可以定义private default method。 Default method提供了一种二进制兼容的扩展已有接口的办法。比如,我们熟知的java.util. Collection,它是 collection体系的 root interface,在Java8中添加了一系列 default method,主要是增加 Lambda、 Stream相关的功能。我在专栏前面提到的类似 Collections之类的工具类,很多方法都适合作为default method实现在基础接口里面。

你可以参考下面代码片段：
```
public interface Collection> extends Iterable<E>{
    /**
     *Returns a sequential Stream with this collection as its source
     */
    default Stream<E> stream(){
        return StreamSupport.stream(spliterator(),false);
    }
}
```

**面向对象设计** 
谈到面向对象,很多人就会想起设计模式,那些是非常经典的问题和设计方法的总结。我今天来夯实一下基础,先来聊聊面向对象设计的基本方面。我们一定要清楚面向对象的基本要素:封装、继承、多态。

**封装** 的目的是隐藏事务内部的实现细节,以便提高安全性和简化编程。封裝提供了合理的边界,避免外部调用者接触到内部的细节。我们在日常开发中,因为无意间暴露了细节导致的难缠bug太多了,比如在多线程环境暴露内部状态,导致的并发修改问题。从另外一个角度看,封装这种隐藏,也提供了筒化的界面,避免太多无意义的细节浪费调用者的精力。

**继承** 是代码复用的基础机制,类似于我们对于马、白马、黑马的归纳总结。但要注意,继承可以看作是非常紧耦合的一种关系,父类代码修改,子类行为也会变动。在实践中,过度滥用继承可能会起到反效果。

**多态** 你可能立即会想到重写(Override)和重载(Overload)、向上转型。简单说,重写是父子类中相同名字和参数的方法,不同的实现;重載则是相同名字的方法;但是不同的参数,本质上这些方法签名是不一样的,为了更好说明,请参考下面的样例代码。
```
public int doSomething(){
    return 0;
}
//输入参数不同,意味着方法签名不同,重载的体现
public int doSomething(List<String> strs){
    return 0;
}
// return类型不一样,编译不能通过
public short doSomething(){
    return 0;
}
```
这里你可以思考一个小问题，方法名称和参数一致，但是返回值不同，这种情况在Java代码中算是有效的重载吗？答案是不是的，编译都会出错的。

进行面向对象编程,掌握基本的设计原则是必须的,我今天介绍最通用的部分,也就是所错S.O.L.I.D原则。
- 单一职责(Single Responsibility),类或者对象最好是只有单一职责,在程序设计中如果发现某个类承担着多种义务,可以考虑进行拆分。
- 开关原则(Open- Close, Open for extension, close for modification),设计要对扩展开放,对修改关闭。换句话说,程序设计应保证平滑的扩展性,尽量避免因为新增同类功能而修改已有实现,这样可以少产出些回归(regression)问题。
- 里氏替換(Liskov Substitution),这是面向对象的基本要素之一,进行继承关系抽象时凡是可以用父类或者基类的地方,都可以用子类替换。
- 接口分离(Interface Segregation),我们在进行类和接口设计时,如果在一个接口里定义了太多方法,其子类很可能面临两难,就是只有部分方法对它是有意义的,这就破坏了程序的內聚性。
对于这种情况,可以通过拆分成功能单一的多个接口,将行为进行解耦。在未来维护中,如果某个接口设计有变,不会对使用其他接口的子类构成影响。
- 依赖反转(Dependency Inversion),实体应该依赖于抽象而不是实现。也就是说高层次模块,不应该依赖于低层次模块,而是应该基于抽象。实践这一原则是保证产品代码之间适当耦合度的法宝。

**OOP原则实践中的取舍**

值得注意的是,现代语言的发展,很多时候并不是完全遵守前面的原则的,比如,Java10中引入了本地方法类型推断和var类型。按照,里氏替换原则,我们通常这样定义变量。
```
List<string> list =new Arraylist<>();

```
如果使用var类型,可以简化为
```
var list =new Arraylist<String>();
```
但是,list实际会被推断为"Arraylist<String>"

理论上,这种语法上的便利,其实是增强了程序对实现的依赖,但是微小的类型泄漏却带来了书写的便利和代码可读性的提高,所以,实践中我们还是要按照得失利弊进行选择,而不是一味得遵循原则。

**OOP原则在面试题目中的分析**

我在以往面试中发现,即使是有多年编程经验的工程师,也还没有真正掌握面向对象设计的基本的原则,如开关原则(Open- Close)。看看下面这段代码,改编自朋友圈盛传的某伟大公司产品代码,你觉得可以利用面向对象设计原则如何改进?

```
public class VIPCenter {
void serviceVIP(T extend User user>){
if (user instanceof SlumDogVIP){
    //穷XVIP,活动抢的那种
    // do somthing
}else if(user instanceof RealVIP){
    //do somthing
}

```
这段代码的一个问题是,业务逻辑集中在一起,当出现新的用户类型时,比如,大数据发现了我们是肥羊,需要去收获一下,这就需要直接去修改服务方法代码实现,这可能会意外影响不相关的某个用户类型逻辑。利用开关原则,我们可以尝试改造为下面的代码！

```
public class VIPCenter{
    private Map<User.TYPE, ServiceProvider> providers;
    void serviceVIP(T extend User user){
        providers.get(user.gettype()).service(user);
    }
}
interface ServiceProvider{
     void service(T extend User user)
}
class SlumdogVIPServiceProvider implements ServiceProvider{
    void service(T extend User user){
        //do somthing
    }
}
class RealvipServiceProvider implements ServiceProvider(
    void service(T extend User user){
        //do something
    }
}

```

上面的示例,将不同对象分类的服务方法进行抽象,把业务逻辑的紧耦合关系拆开,实现代码的隔离保证了方便的扩展。

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