深入理解Java之接口

Posted 2020-06-29 absfree

1. 为什么使用接口

    Java中的接口是一组对需求的描述。例如，以下是Comparable<T>接口的定义：

public interface Comparable<T> {
    int compareTo(T o);
}

    Comparable<T>接口中定义了一个compareTo方法，这个方法就是它所描述的需求。若我们想调用Arrays.sort方法对一个People对象数组进行比较，那么People对象必须是”可比较的”，即People类需要实现Comparable<T>接口。接口的实现类需要实现接口中定义的方法。也就是说，接口描述了一组需求，而实现一个接口的类就需要实现这个接口所描述的需求。比如我们想要People类对象是可比较的，我们可以这样：

public class People implements Comparable<People> {
    ...
    public int compareTo(People p) {
        //定义具体的比较标准
    }
    ...
}

    实际上，Arrays.sort方法之所以要求它所比较的对象需实现了Comparable接口，是因为它在比较对象时调用的对象的compareTo方法（因为它不知道评价一个对象大小的标准，这个标准是由我们来定的）。那么，我们为什么不直接在People类中定义一个compareTo实例方法来定义People对象的比较标准，而是要去实现一个Comparable<T>接口呢？让我们举例来说明以下，假如我们调用了以下代码来对People对象数组peoples进行比较：

Arrays.sort(peoples);

    在sort方法内部，实际上调用了类似下面这样的代码来比较People对象：

if (peoples[i].compareTo(peoples[j]) > 0) {
    //若为true说明peoples[i] 大于peoples[j]
}

    也就是说Arrays.sort方法内部调用了People对象的compareTo方法，那么编译器如何知道People类中确实定义了一个方法呢？若People类没有实现Comparable接口，编译器就只有检查这个类是否实现了这个方法，这样做无疑会增大开销，若接口中的方法不只一个，开销就更大了。而且需要比较的对象可能不只一个，假如后面又有Date对象、Job对象需要我们比较呢？如果每次调用相应对象的compareTo方法都要去检查以下它究竟实现了这个方法没有，将无形中增加很多本不必要的开销。

    反过来，我们看看引入接口的好处。People类头部的"implements Comparable<People>“就像是在告诉编译器”我是可比较的，可以直接调用我的compareTo方法而不用检查我有没有这个方法“。这样一来，所有可比较的对象只要实现Comparable<T>接口，编译器就能够知道它一定定义了compareTo方法。一个接口实际上是描述了一种规范，它只说明了这个接口需要实现什么需求，而没有强制规定这个需求如何实现。就像之前我们提到的Comparable<T>接口，需要比较大小的对象不只People对象一个，既然大家都需要比较大小，那索性就来个规定，所有想比较大小的对象的类都实现Compareble<T>接口，统一规定一下可比较的对象究竟该满足什么需求（这里的需求就是compareTo方法）。

 

2. 接口的特性

    既然已经知道了为什么要使用接口，接下来让我们多了解下接口到底有什么特性。

    首先，接口本身的访问修饰符可以为public或protected，接口中的所有方法都只能是public（所以可以不加这个修饰符）。其次接口中可以定义常量，但不能包含实例变量（提供实例变量这个活应该交给接口的实现类）。使用接口的步骤也很简单，正如我们上面提到的，只需要用关键子implements加上接口名表示这个类要实现这个接口，然后在类的定义中定义接口所要求实现的方法即可。

    接口只是一种规范，所以我们不能用new实例化一个接口。但是我们可以声明接口类型的变量，接口变量只能引用实现了该接口的类对象，比如以下代码：

Comparable<People> p = new People(...);

   

    虽然接口不是类，但我们也可以使用instanceof来判断一个对象是否实现了某个接口：

if (p instanceof Comparable) {
    ...
}

 

     我们也可以”继承“一个接口：

public interface InA extends InB {
    ...
}

 

     接口还有一个很有用的特性就是一个类可以实现多个接口。其实以上提到的接口特性只要”接口只是一种规范”这个本质来看就很好理解：比如接口中不能实例化、不能含有实例变量，就是因为接口不同于类那样是一个“蓝图”，接口更像一个“标签”。

 

 

3.接口与抽象类的比较

    接口与抽象类的一个本质区别是，抽象类只是一种含有抽象方法的类。也就是说，抽象类是对常规类的进一步”抽象“。常规类是可以直接实例化的，因为它所定义的方法都有了明确的实现，也就是说相应类对象的行为应经能够完全确定下来。而抽象类包含抽象方法，也就是说对象的一部分行为还没有完全确定下来。可以把抽象方法也理解成一种需求描述，因为抽象类存在着”待解决的需求“，所以它不能实例化，只能先派生出子类，解决了这个需求后（也就是实现了抽象方法），从而把实例的整个“蓝图”确定下来，才能够实例化。比如说抽象类People中定义一个write抽象方法，因为写这个动作不同人可以选择不同的方式完成（比如有的人是左撇子，拿笔姿势各不相同）。因为抽象类是一种类，所以一个类只能继承一个抽象类，而不能像接口那样可以“多继承”。

    另一方面，抽象类由于本质上是一个类，所以可以包含实例变量，也可包含方法的实现。接口中只能含有public方法，而接口中的常量也都是public的（因为作为一种规范就要”公开透明“）；而抽象类可以含有private变量及方法。抽象类中只有抽象方法需要派生类（假设派生来非抽象类）实现，而实现接口的类必须实现接口中规定的所有方法。这样一来，若我们向某个接口中新增一个方法，那么所有实现了这个接口的类都需要进行相应的改动；而对于抽象类，我们向其中添加非抽象方法，不需要它的派生类做任何改动。

 

4. 接口与回调（callback）

    回调（callback）是一种常见的设计模式，利用这种模式，我们可以指出在某个事件发生时应该采取什么动作。比如，Java类库中有个Timer类，可以使通过它在过了指定的时间后发出通知，就像一个闹钟一样。初始化Time类时，需要指定一个时间和到达这个时间后要执行的动作。在这里，告诉Timer要执行的动作就是通过传递给它一个对象，然后到达指定时间后，Timer会调用这个对象的方法。Timer要求我们传递给它的对象需要实现ActionListener接口，这个接口的定义如下：

public interface ActionListener {
    public void actionPerformed(ActionEvent event);
}

    我们传递给Time构造器的对象必然定义了actionPerformed方法，我们可以在这个方法中定义我们在定时间隔到达后需要执行的动作。请看以下代码：

 1 public class TimerTest {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         ActionListener listener = new TimePrinter();
 4         Timer t = new Timer(10000, listener);
 5         t.start();
 6         System.exit(0);
 7     }
 8 }
 9 
10 class TimePrinter implements ActionListener {
11     public void actionPerformed(ActionEvent event) {
12         Date now = new Date();
13         System.out.println("The time is " + now);
14     }
15 } 

    在以上代码中，会每隔10秒调用一次TimerPrinter中的actionPerformed方法，获取并输出一次当前时间。actionPerformed方法就是回调方法，在回调模式中，通常都是一个类（TimePrinter）实现一个接口（ActionListener），然后另一个类（Timer）的对象通过持有实现该接口的类对象引用（listener）来调用相应的回调方法。

 

5.参考资料

    JAVA核心技术（卷1） (豆瓣)