别再混淆！Java抽象类与接口的终极对比（语法+设计+Java 8+新特性）

引言

在Java面向对象编程中，抽象类(Abstract Class)和接口(Interface)是两个非常重要的概念，它们都是实现多态和代码抽象的重要机制。虽然Java 8之后接口的功能得到了极大增强，但抽象类和接口仍然有着本质的区别和各自适用的场景。

一、抽象类（Abstract Class）

1、基本概念

抽象类是一种不能被实例化的类，它通常作为其他类的基类（父类），用来定义一些通用的属性和行为
抽象类的主要目的是为子类提供一个公共的模板或部分实现，同时强制子类去实现某些特定的方法（即抽象方法）
要定义一个抽象类，需要使用关键字abstract修饰类

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public abstract class Animal {
    // 可以有字段属性
    protected String name;
    
    // 可以有构造方法（但不能直接实例化）
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    // 具体方法：有实现
    public void sleep() {
        System.out.println("The animal is sleeping");
    }
    
    // 抽象方法：只有声明，没有实现，必须使用 abstract关键字修饰
    public abstract void makeSound();
}

2、抽象类的特性

不能实例化：无法创建抽象类的对象
可以包含抽象方法和具体方法（包括静态方法）：抽象方法没有实现，具体方法有实现
可以包含实例变量、静态变量
可以有构造方法：虽然不能直接实例化，但子类有默认的super()或手动的super(实参列表)
子类继承抽象类后，必须实现所有的抽象方法（除非子类也是抽象类）
单继承限制：一个类只能继承一个抽象类

3、抽象类的使用

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// 子类继承抽象类
public class Dog extends Animal {
    public Dog(String name) {
        super(name);
    }
    
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Woof! Woof!");
    }
}

// 使用
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // Animal animal = new Animal("Generic"); // 错误！不能实例化抽象类
		Animal myDog = new Dog("Buddy");
		myDog.makeSound(); // 输出: Woof! Woof!
		myDog.sleep();     // 输出: The animal is sleeping
    }
}

二、接口（Interface）

1、基本概念

接口是一种完全抽象的引用类型，它定义了一组方法规范而不提供实现（Java 8 之前），也不能包含成员变量（除了常量）
接口的主要目的是定义一组规范或契约，让不同的类去实现这些规范，从而实现多态和解耦
使用关键字interface定义接口

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public interface Swimmable {
    // 常量 默认是 public static final
    int MAX_SPEED = 120;
    
    // 抽象方法 默认是 public abstract
    void swim();
    
    // Java 8+ 默认方法
    default void floatOnWater() {
        System.out.println("Floating on water");
    }
    
    // Java 8+ 静态方法
    static boolean canSwim(Object obj) {
        return obj instanceof Swimmable;
    }
    
    // Java 9+ 私有方法
    private void secretSwimTechnique() {
        System.out.println("Secret technique");
    }
}

2、接口的特性

Java 7 及以前：只能包含抽象方法和常量
- 公共的静态的常量：其中public static final可以省略
- 公共的抽象的方法：其中public abstract可以省略
Java 8：引入了默认方法（default methods）和静态方法
- 公共的默认的方法：其中public可以省略，但default不能省略
- 公共的静态的方法：其中public可以省略，但static不能省略
- 使用default关键字可以为接口提供默认实现，这样实现类可以选择是否重写该方法
- 接口中可以定义静态方法，并通过接口名直接调用
Java 9：引入了私有方法（private methods）
- 接口中可以定义私有方法，用于在接口内部复用代码逻辑
没有构造方法：不能实例化
多实现：一个类可以实现多个接口

3、接口的使用

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public class Duck extends Animal implements Swimmable, Flyable {
    public Duck(String name) {
        super(name);
    }
    
    // 实现抽象类Animal中抽象方法
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Quack! Quack!");
    }
    
    // 实现接口Swimmable中抽象方法
    @Override
    public void swim() {
        System.out.println("Duck is swimming");
    }
    
    // 实现接口Flyable中抽象方法
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("Duck is flying");
    }
}

// 使用
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
		Duck duck = new Duck("Donald");
		duck.swim();             // 调用实现的接口方法 输出: Duck is swimming
		duck.floatOnWater();     // 调用接口的默认方法 输出: Floating on water
		Swimmable.canSwim(duck); // 调用接口的静态方法 返回: true
    }
}

三、抽象类 vs 接口

1、语法层面对比

特性	抽象类	接口
`实例化`	不能	不能
`方法类型`	抽象方法和具体方法	抽象方法、默认方法、静态方法、私有方法
`字段`	可以有各种字段	只能有静态常量
`构造方法`	有	无
`继承性`	单继承	多实现
`访问修饰符`	各种修饰符	默认 public

2、设计理念对比

抽象类表示"是一个"的关系，用于定义相关对象的基本共性。例如：Dog是一种Animal
- 共享代码：多个相关类需要共享相同的代码和字段
- 扩展基类功能：需要定义非静态、非final的字段或非public方法
- 定义模板：提供模板方法模式的基础实现
接口表示"具有能力"的关系，用于定义对象的特定能力。例如：Duck具有Swimmable和Flyable的能力
- 定义契约：定义类必须实现的行为，而不关心如何实现
- 多重能力：一个类需要具备多种不相关的能力
- 解耦：实现与定义分离，提高代码灵活性

3、代码示例对比

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// 抽象类示例：图形类层次结构
public abstract class Shape {
    protected String color;
    
    public Shape(String color) {
        this.color = color;
    }
    
    public abstract double area();
    public abstract double perimeter();
    
    public String getColor() {
        return color;
    }
}

public class Circle extends Shape {
    private double radius;
    
    public Circle(String color, double radius) {
        super(color);
        this.radius = radius;
    }
    
    @Override
    public double area() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
    
    @Override
    public double perimeter() {
        return 2 * Math.PI * radius;
    }
}

// 接口示例：多能力组合
public interface Drawable {
    void draw();
}

public interface Resizable {
    void resize(double factor);
}

public class ResizableCircle extends Circle implements Drawable, Resizable {
    public ResizableCircle(String color, double radius) {
        super(color, radius);
    }
    
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle with color: " + getColor());
    }
    
    @Override
    public void resize(double factor) {
        // 调整大小的实现
    }
}

四、Java 8+ 的新特性对设计的影响

Java 8 的默认方法使接口能够向后兼容地添加新功能，减少了破坏性变更

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public interface Vehicle {
    void start();
    
    // 新添加的默认方法，不影响已有实现
    default void stop() {
        System.out.println("Vehicle stopped");
    }
    
    static void describe() {
        System.out.println("This is a vehicle interface");
    }
}

但是，这也带来了"多重继承"的复杂性，当多个接口有相同签名的默认方法时：会出现冲突

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public interface A {
    default void hello() {
        System.out.println("Hello from A");
    }
}

public interface B {
    default void hello() {
        System.out.println("Hello from B");
    }
}

public class C implements A, B {
    // 必须重写 hello() 方法解决冲突
    @Override
    public void hello() {
        A.super.hello(); // 显式选择调用 A 的实现
    }
}