Java中的接口（Interface）与抽象类（Abstract Class）

前言

接口与抽象，Java中绕不开的主题，但是又总感觉二者之间有些东西模模糊糊没有理清，今天来认真整理一下。

一、基本原理

接口

纯行为契约，定义方法的签名（不包含实现）。Java 8+支持默认方法（default）和静态方法。

实现多继承行为：类可同时实现多个接口
强制统一规范 ：不同类的相同行为标准化（如Comparable）
解耦：声明与实现分离（依赖倒置原则）

抽象类

可包含部分实现的模板，允许定义抽象方法（无实现）、具体方法、成员变量和构造器。

代码复用：为继承体系提供公共实现（如模板方法模式）
状态共享：可在基类中封装共享状态（字段）
控制扩展：定义必须由子类实现的约束

核心差异

特性	接口	抽象类
实例字段	❌（Java 17仅支持常量）	✅
构造方法	❌	✅
方法实现	Java 8+支持默认/静态方法	✅
多重继承	✅（多个接口）	❌（单继承）
设计目的	"能做什么"（行为）	"是什么"（层次结构）

二、普遍用法

1. 定义行为契约（接口）

java 复制代码

// 接口定义支付行为
interface PaymentProcessor {
    // 抽象方法
    void processPayment(double amount);

    // Java 8 默认方法（可选实现）
    default void validatePayment(double amount) {
        if (amount <= 0) throw new IllegalArgumentException("无效金额");
    }
}

// 具体实现类
class CreditCardProcessor implements PaymentProcessor {
    @Override
    public void processPayment(double amount) {
        validatePayment(amount); // 调用默认方法
        System.out.println("信用卡支付: " + amount);
    }
}

2. 复用公共逻辑（抽象类）

java 复制代码

// 抽象类提供模板方法
abstract class AbstractDatabaseClient {
    // 共享状态
    private final String connectionUrl;
    
    // 构造器注入
    public AbstractDatabaseClient(String url) {
        this.connectionUrl = url;
        initializeConnection();
    }

    // 具体方法（复用）
    private void initializeConnection() {
        System.out.println("初始化DB连接: " + connectionUrl);
    }
    
    // 抽象方法（子类必须实现）
    public abstract void executeQuery(String sql);
}

// 具体子类
class MySQLClient extends AbstractDatabaseClient {
    // 通过构造方法注入参数
    public MySQLClient(String url) { super(url); }
    
    @Override
    public void executeQuery(String sql) {
        System.out.println("执行MySQL查询: " + sql);
    }
}

⚠️ 版本差异说明

Java 8+ ：接口支持default/static方法
Java 9+ ：接口支持private方法（代码复用）
Java 17+ ：sealed接口/抽象类控制继承

java 复制代码

// Java 17 sealed接口示例
public sealed interface PaymentProcessor 
    permits CreditCardProcessor, CryptoProcessor { ... }

三、设计原则

优先选择接口（符合ISP原则）

java 复制代码

// 细粒度接口设计（避免God Interface）
interface Loggable { void log(); }
interface Cacheable { void cache(); }

抽象类用于模板方法

java 复制代码

abstract class TemplateService {
    // 固定算法骨架
    public final void execute() {
        preProcess();
        doBusinessLogic(); // 抽象钩子
        postProcess();
    }
    protected abstract void doBusinessLogic();
}

✅ 总结决策树

flowchart TD A[需要多继承?] -- Yes --> B(选接口) A -- No --> C{需要共享状态或公共实现?} C -- Yes --> D(选抽象类) C -- No --> E{需要定义行为契约?} E -- Yes --> B E -- No --> F(可能不需要接口/抽象类)

四、避坑

⚠️ 坑1：接口默认方法冲突

问题：多个接口的同名默认方法引发冲突

java 复制代码

interface A { default void foo() {} }
interface B { default void foo() {} }
class C implements A, B {} // 编译错误！

解决：在实现类中强制重写：

java 复制代码

class C implements A, B {
    @Override 
    public void foo() {
        A.super.foo(); // 显式选择实现
    }
}

⚠️ 坑2：抽象类构造器陷阱

问题：子类忘记调用超类构造器导致状态未初始化

java 复制代码

abstract class AbstractResource {
    private String resourceId;
    protected AbstractResource(String id) { this.resourceId = id; }
}
class SubResource extends AbstractResource {
    // 未调用super(id) -> NullPointerException!
}

解决：

IDE配置@RequiredArgsConstructor（Lombok）
代码审查强制验证

⚠️ 坑3：扩展性破坏

问题：向接口添加新方法导致遗留实现类报错

规避：

Java 8+：优先用default方法（向后兼容）
发布新接口V2（如PaymentProcessorV2）

⚠️ 坑4：状态泄漏（抽象类特有）

问题：子类错误修改抽象类共享状态：

java 复制代码

abstract class AbstractSession {
    protected List<String> sessions = new ArrayList<>();
}
class UserSession extends AbstractSession {
    public void clear() { sessions.clear(); } // 影响所有子类实例！
}

规避：

字段设为private + 提供受保护访问器
文档明确状态所有权

结语

黄金法则：

行为定义必选接口（特别是公共API）
纵向复用代码选抽象类（如领域模型基类）
Java 17+优先使用sealed限制继承（安全控制）