接口

接口#

抽象类和抽象方法#

抽象方法仅有声明，没有方法体，如 abstract void f();。

包含抽象方法的类必须限定为抽象类，如 abstract class ClassName {}，我们创建抽象类的目的是希望通过这个通用接口操纵一系列类。

如果从一个抽象类继承，并想创建该新类的对象，那么就必须为基类中的所有抽象方法提供方法定义。如果不这样做（可以选择不做），那么导出类便也是抽象类，且编译器将会强制我们使用 abstract 关键字来限定这个类。

接口定义#

抽象方法可以提供接口，抽象方法所属的类是 部分抽象 的类（因为抽象类中可以有某些方法的实现）。但是 interface 关键字可以产生一个 完全抽象 的类，如 interface ClassName {}。

接口和类一样，也有访问权限控制，如果你想让这个接口具有全局访问性，那么用 public 声明它，否则它只有包访问权限。在接口中声明的方法，若不加以声明，默认都是 public 访问权限。在接口中声明的内部类，若不加以声明，默认都是 public static 的。在接口中声明的属性，若不加以声明，默认都是 public static final 的。

接口被用来建立类与类之间的协议。要让某个类遵循某个特定协议（或者一组协议），implements 它即可。

使用接口的核心原因是为了能够向上转型为多个基类型（以及由此带来的灵活性）。事实上，如果知道某个事物应该成为一个基类，那么第一选择应该是使它成为一个接口。接口是一种重要的工具，但是它们容易被滥用，恰当的原则应该是优先选择类而不是接口。

任何抽象性都应该是应真正的需求而产生的。当必需时，你应该重构接口而不是到处添加额外级别的间接性，而这又会带来额外的复杂性。

接口和内部类为我们提供了一种将 接口与实现分离 的更加结构化的方法。

完全解耦#

当一个系统足够大时，解耦应该是一个必然会聊到的话题，而选择不同的实现方式，解耦能力也不同。如果使用继承，则无法完全解耦，而使用接口，则可以实现完全解耦。

由于单根继承结构的局限性，在使用继承语法的实现中，若想要利用多态的特性，我们只能调用基类中的方法。因此，基类和导出类之间是一对多的树形关系。

而在使用接口语法的实现中，摆脱了单根继承结构的局限性，赋予了 Java “多重继承” 的能力。一个类可能实现了多个接口，那么我们调用任何一个接口中的任何一个方法，都可以动态绑定到实现类上。因此，接口类和实现类之间是多对多的网状关系，大大扩展了解耦和扩展能力。

语言表述总是难以给人一个很直观的印象。若我们有一个符合如下继承关系的几个类：

        classDiagram
    Processor <|-- Upcase : extends
    Processor <|-- Downcase : extends
    Processor <|-- Splitter : extends
    Processor : String name()
    Processor : Object process()
    Upcase : String process()
    Downcase : String process()
    Splitter : String process()

    class Apply
    Apply : void process(Processor p, Object s)

Apply.java

//: interfaces/classprocessor/Apply.java
package interfaces.classprocessor;
import java.util.*;
import static net.mindview.util.Print.*;

class Processor {
    public String name() {
        return getClass().getSimpleName();
    }
    Object process(Object input) { return input; }
}

class Upcase extends Processor {
    String process(Object input) { // Covariant return
        return ((String)input).toUpperCase();
    }
}

class Downcase extends Processor {
    String process(Object input) {
        return ((String)input).toLowerCase();
    }
}

class Splitter extends Processor {
    String process(Object input) {
        // The split() argument divides a String into pieces:
        return Arrays.toString(((String)input).split(" "));
    }
}

public class Apply {
    public static void process(Processor p, Object s) {
        print("Using Processor " + p.name());
        print(p.process(s));
    }
    public static String s =
        "Disagreement with beliefs is by definition incorrect";
    public static void main(String[] args) {
        process(new Upcase(), s);
        process(new Downcase(), s);
        process(new Splitter(), s);
    }
} /* Output:
Using Processor Upcase
DISAGREEMENT WITH BELIEFS IS BY DEFINITION INCORRECT
Using Processor Downcase
disagreement with beliefs is by definition incorrect
Using Processor Splitter
[Disagreement, with, beliefs, is, by, definition, incorrect]
*///:~

        classDiagram
    Filter <|-- LowPass : extends
    Filter <|-- HighPass : extends
    Filter <|-- BandPass : extends
    Filter : String name()
    Filter : Waveform process()
    LowPass : Waveform process()
    HighPass : Waveform process()
    BandPass : Waveform process()

    class Waveform
    Waveform : long counter
    Waveform : long id
    Waveform : String toString()

Filter.java

//: interfaces/filters/Waveform.java
package interfaces.filters;

public class Waveform {
    private static long counter;
    private final long id = counter++;
    public String toString() { return "Waveform " + id; }
} ///:~

//: interfaces/filters/Filter.java
package interfaces.filters;

public class Filter {
    public String name() {
        return getClass().getSimpleName();
    }
    public Waveform process(Waveform input) { return input; }
} ///:~

//: interfaces/filters/LowPass.java
package interfaces.filters;

public class LowPass extends Filter {
    double cutoff;
    public LowPass(double cutoff) { this.cutoff = cutoff; }
    public Waveform process(Waveform input) {
        return input; // Dummy processing
    }
} ///:~

//: interfaces/filters/HighPass.java
package interfaces.filters;

public class HighPass extends Filter {
    double cutoff;
    public HighPass(double cutoff) { this.cutoff = cutoff; }
    public Waveform process(Waveform input) { return input; }
} ///:~

//: interfaces/filters/BandPass.java
package interfaces.filters;

public class BandPass extends Filter {
    double lowCutoff, highCutoff;
    public BandPass(double lowCut, double highCut) {
        lowCutoff = lowCut;
        highCutoff = highCut;
    }
    public Waveform process(Waveform input) { return input; }
} ///:~

Filter 与 Processor 具有相同的接口元素 process()，但是因为 Filter 并非继承自 Processor，因此在调用 Apply.process() 时，并不会触发 Filter 类的 process() 方法。这主要是因为 Apply.process() 和 Processor.process() 之间的 耦合过紧，于是将其应用于 Filter 时，复用被禁止 了。

但是，如果 Processor 是一个接口（之前是一个普通的类），这些限制就会变得松动，就可以实现复用了。

        classDiagram
    class Processor
    Processor <|-- StringProcessor : implements
    Processor <|-- FilterAdapter : implements
    <<interface>> Processor
    <<abstract>> StringProcessor
    Processor : Object process(Processor p, Object s)
    FilterAdapter : Waveform process()

    class StringProcessor
    <<abstract>> StringProcessor
    StringProcessor : abstract String process()
    StringProcessor <|-- Upcase : extends
    StringProcessor <|-- Downcase : extends
    StringProcessor <|-- Splitter : extends
    Upcase : String  process()
    Downcase : String  process()
    Splitter : String  process()

    class Apply
    Apply : void process(Processor p, Object s)

接口方式实现

//: interfaces/interfaceprocessor/Processor.java
package interfaces.interfaceprocessor;

public interface Processor {
    String name();
    Object process(Object input);
} ///:~

//: interfaces/interfaceprocessor/Apply.java
package interfaces.interfaceprocessor;
import static net.mindview.util.Print.*;

public class Apply {
    public static void process(Processor p, Object s) {
        print("Using Processor " + p.name());
        print(p.process(s));
    }
} ///:~

//: interfaces/interfaceprocessor/StringProcessor.java
package interfaces.interfaceprocessor;
import java.util.*;

public abstract class StringProcessor implements Processor{
    public String name() {
        return getClass().getSimpleName();
    }
    public abstract String process(Object input);
    public static String s =
        "If she weighs the same as a duck, she's made of wood";
    public static void main(String[] args) {
        Apply.process(new Upcase(), s);
        Apply.process(new Downcase(), s);
        Apply.process(new Splitter(), s);
    }
}

class Upcase extends StringProcessor {
    public String process(Object input) { // Covariant return
        return ((String)input).toUpperCase();
    }
}

class Downcase extends StringProcessor {
    public String process(Object input) {
        return ((String)input).toLowerCase();
    }
}

class Splitter extends StringProcessor {
    public String process(Object input) {
        return Arrays.toString(((String)input).split(" "));
    }
} /* Output:
Using Processor Upcase
IF SHE WEIGHS THE SAME AS A DUCK, SHE'S MADE OF WOOD
Using Processor Downcase
if she weighs the same as a duck, she's made of wood
Using Processor Splitter
[If, she, weighs, the, same, as, a, duck,, she's, made, of, wood]
*///:~

//: interfaces/interfaceprocessor/FilterProcessor.java
package interfaces.interfaceprocessor;
import interfaces.filters.*;

class FilterAdapter implements Processor {
    Filter filter;
    public FilterAdapter(Filter filter) {
        this.filter = filter;
    }
    public String name() { return filter.name(); }
    public Waveform process(Object input) {
        return filter.process((Waveform)input);
    }
}

public class FilterProcessor {
    public static void main(String[] args) {
        Waveform w = new Waveform();
        Apply.process(new FilterAdapter(new LowPass(1.0)), w);
        Apply.process(new FilterAdapter(new HighPass(2.0)), w);
        Apply.process(
            new FilterAdapter(new BandPass(3.0, 4.0)), w);
    }
} /* Output:
Using Processor LowPass
Waveform 0
Using Processor HighPass
Waveform 0
Using Processor BandPass
Waveform 0
*///:~

高亮除的代码实现了 适配器模式。适配器模式的出现是因为无法修改旧接口，而且旧接口无法与满足新业务的接口需求。引进适配器后，在旧接口的基础上稍作修改，满足新业务。

在适配器方式中，FilterAdapter 的构造器接受你已经拥有的接口 Filter，然后生成具有你所需要的 Processor 接口的对象。

按照之前的需求，我们还是想要用 Apply.process() 能够同时处理 Processor.process() 和 Filter.process()。修改后的代码结构，既可以让 Processor 应用于 StringProcessor 也可以应用于 FilterAdapter，而后者，是继承无法办到的。这实现了 Processor.process() 与 StringProcessor.process() 的解耦。

从这个解决方案可以看出，没有什么是加一层是不能解决的。 Apply.process() 方法接受 Processor 类型的对象，并不接受 Filter 类型的对象，那么我们将 Processor 作为接口，FilterAdapter 也来实现这个接口，然后由 FilterAdapter 接受 Filter 类型的对象，问题就解决了。

再举一个关于解耦的例子。 Scanner 类的构造器接受一个 Readable 接口。 Readable 是专门为 Scanner 类设计的接口。 Scanner 不必将参数限定为某个特定类，只要某个类实现了 Readable 接口就可以作为 Scanner 的参数，这就很好地体现了可扩展性和完全解耦。

//: interfaces/RandomWords.java
// Implementing an interface to conform to a method.
import java.nio.*;
import java.util.*;

public class RandomWords implements Readable {
    private static Random rand = new Random(47);
    private static final char[] capitals = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ".toCharArray();
    private static final char[] lowers = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz".toCharArray();
    private static final char[] vowels = "aeiou".toCharArray();
    private int count;
    public RandomWords(int count) { this.count = count; }
    public int read(CharBuffer cb) {        // 实现 Readable 接口需要重写 read() 方法
        if(count-- == 0)
            return -1; // Indicates end of input
        cb.append(capitals[rand.nextInt(capitals.length)]);
        for(int i = 0; i < 4; i++) {
            cb.append(vowels[rand.nextInt(vowels.length)]);
            cb.append(lowers[rand.nextInt(lowers.length)]);
        }
        cb.append(" ");
        return 10; // Number of characters appended
    }
    public static void main(String[] args) {
        Scanner s = new Scanner(new RandomWords(10));
        while(s.hasNext())
            System.out.println(s.next());
    }
} /* Output:
Yazeruyac
Fowenucor
Goeazimom
Raeuuacio
Nuoadesiw
Hageaikux
Ruqicibui
Numasetih
Kuuuuozog
Waqizeyoy
*///:~

嵌套接口#

接口可以嵌套在类或其他接口中。需要注意的是，当实现某个接口时，不需要实现 嵌套在其内部的任何接口，而且 private 接口不能在定义它的类之外被实现。

//: interfaces/nesting/NestingInterfaces.java
package interfaces.nesting;

class A {
    interface B {
        void f();
    }
    public class BImp implements B {
        public void f() {}
    }
    private class BImp2 implements B {
        public void f() {}
    }
    public interface C {
        void f();
    }
    class CImp implements C {
        public void f() {}
    }
    private class CImp2 implements C {
        public void f() {}
    }
    private interface D {
        void f();
    }
    private class DImp implements D {
        public void f() {}
    }
    public class DImp2 implements D {
        public void f() {}
    }
    public D getD() { return new DImp2(); }
    private D dRef;
    public void receiveD(D d) {
        dRef = d;
        dRef.f();
    }
}

interface E {
    interface G {
        void f();
    }
    // Redundant "public":
    public interface H {
        void f();
    }
    void g();
    // Cannot be private within an interface:
    //! private interface I {}
}

public class NestingInterfaces {
    public class BImp implements A.B {
        public void f() {}
    }
    class CImp implements A.C {
        public void f() {}
    }
    // Cannot implement a private interface except
    // within that interface's defining class:
    //! class DImp implements A.D {
    //!    public void f() {}
    //! }
    class EImp implements E {
        public void g() {}
    }
    class EGImp implements E.G {
        public void f() {}
    }
    class EImp2 implements E {
        public void g() {}
        class EG implements E.G {
            public void f() {}
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        // Can't access A.D:
        //! A.D ad = a.getD();
        // Doesn't return anything but A.D:
        //! A.DImp2 di2 = a.getD();
        // Cannot access a member of the interface:
        //! a.getD().f();
        // Only another A can do anything with getD():
        A a2 = new A();
        a2.receiveD(a.getD());
    }
} ///:~

接口与工厂模式#

工厂模式是利用工厂批量生产对象的方式。理论上，通过这种方式，我们的代码将完全与接口的实现分离。这就使得我们可以透明地将某个实现替换为另一个实现。另外一种更优雅的方式创建工厂是使用匿名内部类。创建这种额外的间接性一个常见的原因是想要创建框架。

为了更深刻地理解工厂模式，我们还是用一段代码来理解一下。

        classDiagram
    class Service
    class ServiceFactory
    <<interface>> Service
    <<interface>> ServiceFactory
    Service <|-- Implementation1 : implements
    Service <|-- Implementation2 : implements
    ServiceFactory <|-- Implementation1Factory : implements
    ServiceFactory <|-- Implementation2Factory : implements
    Service : method1()
    Service : method2()
    ServiceFactory : getService()
    Implementation1Factory : getService()
    Implementation2Factory : getService()
    Implementation1 : method1()
    Implementation1 : method2()
    Implementation2 : method1()
    Implementation2 : method2()

//: interfaces/Factories.java
import static net.mindview.util.Print.*;

interface Service {
    void method1();
    void method2();
}

interface ServiceFactory {
    Service getService();
}

class Implementation1 implements Service {
    Implementation1() {} // Package access
    public void method1() {print("Implementation1 method1");}
    public void method2() {print("Implementation1 method2");}
}

class Implementation1Factory implements ServiceFactory {
    public Service getService() {
        return new Implementation1();
    }
}

class Implementation2 implements Service {
    Implementation2() {} // Package access
    public void method1() {print("Implementation2 method1");}
    public void method2() {print("Implementation2 method2");}
}

class Implementation2Factory implements ServiceFactory {
    public Service getService() {
        return new Implementation2();
    }
}

public class Factories {
    public static void serviceConsumer(ServiceFactory fact) {
        Service s = fact.getService();
        s.method1();
        s.method2();
    }
    public static void main(String[] args) {
        serviceConsumer(new Implementation1Factory());
        // Implementations are completely interchangeable:
        serviceConsumer(new Implementation2Factory());
    }
} /* Output:
Implementation1 method1
Implementation1 method2
Implementation2 method1
Implementation2 method2
*///:~

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