Java接口详解

向右看齐 2023-10-15 08:39 112阅读 0赞

## 接口 ##

### 接口的概念 ###

在现实生活中，接口的例子比比皆是，比如：笔记本上的USB口，电源插座等。

> 电脑的USB口上，可以插：U盘，鼠标，键盘等所有符合USB协议的设备
> 
> 电源插座插孔上，可以插：电脑，电视机，电饭煲等所有符合规范的设备
> 
> 通过上述例子可以看出：**接口就是公共行为的规范标准**，大家在实现时，**只要符合规范标准**，就可以通用。在Java中，**接口可以看成是：多个类的公共规范，是一种引用数据类型**。

### 语法规则 ###

> 接口的定义格式与类的定义格式基本相同，将class关键字换成interface关键字，就定义了一个接口。

public interface 接口名称 {
        //抽象方法
        public abstract void method1();//public abstract是固定搭配，可以不写
        public void method2();
        abstract void method3();
        void method4();
        
        //注意：在接口中上述的写法虽然都是抽象方法，但是更推荐method4，更加简洁
    }

> 提示：
> 
> **1.创建接口时，接口的命名一般是以大写字母I开头**
> 
> **2.接口的命名一般使用“形容词”词性的单词**
> 
> **3.阿里编码规范中约定，接口中的方法和属性不要加任何修饰符号，保持代码的简洁性**

### **接口使用** ###

**接口不能直接使用，必须要有一个“实现类”来“实现”该接口，实现接口中的所有抽象方法**

//类和接口的关系：类 implements 接口
    public class 类名称 implements 接口名称 {
        //...
    }

注意：子类和父类之间是extends继承关系，类和接口之间是implements实现关系。

> 举个接口使用的小栗子：
> 
> 请实现笔记本电脑使用USB鼠标，USB键盘的例子
> 
> 1.USB接口：包含打开设备，关闭设备的功能
> 
> 2.笔记本类：包含开机功能，关机功能，使用USB设备的功能
> 
> 3.鼠标类：实现USB接口，并具备点击功能
> 
> 4.键盘类：实现USB接口，并具备输入功能

//定义USB接口
    interface USB {
        void openDevice();
        void closeDevice();
    }
    
    class Mouse implements USB {
        @Override
        public void openDevice() {
            System.out.println("打开鼠标");
        }
    
        @Override
        public void closeDevice() {
            System.out.println("关闭鼠标");
        }
    
        public void click() {
            System.out.println("鼠标点击");
        }
    }
    
    class KeyBoard implements USB {
        @Override
        public void openDevice() {
            System.out.println("打开键盘");
        }
    
        @Override
        public void closeDevice() {
            System.out.println("关闭键盘");
        }
    
        public void input() {
            System.out.println("键盘输入");
        }
    }
    
    class Computer {
        public void powerOn() {
            System.out.println("打开电脑");
        }
    
        public void powerOff() {
            System.out.println("关闭电脑");
        }
    
        //定义电脑使用USB设备的方法，通过多态性，根据传入的USB设备的不同完成不同操作
        public void useDevice(USB usb) {
            usb.openDevice();
            //instanceof:比较左右实例的等操作符
            if(usb instanceof Mouse) {
                //向下转型：将 USB 类型的参数 usb 转换为 Mouse 类型的引用 mouse。这样就可以在这个方法中使用 mouse 对象的特有方法
                Mouse mouse = (Mouse)usb;
                mouse.click();
            } else if (usb instanceof KeyBoard) {
                KeyBoard keyboard = (KeyBoard)usb;
                keyboard.input();
            }
    
            usb.closeDevice();
        }
    }
    
    public class TestUSB {
        public static void main(String[] args) {
            Computer computer = new Computer();
            computer.powerOn();
    
            Mouse mouse = new Mouse();
            KeyBoard keyboard = new KeyBoard();
            computer.useDevice(mouse);
            System.out.println("===============");
            computer.useDevice(keyboard);
    
            computer.powerOff();
        }
    }

`注：instanceof` 是 Java 中的一个关键字，用于检查一个对象是否是指定类或其子类的实例。它的语法是：

> **`object instanceof Class`**

其中，`object` 是要检查的对象，`Class` 是指定的类名。

**`instanceof` 返回一个布尔值，如果对象是指定类的实例或其子类的实例，则返回 `true`，否则返回 `false`**。

### 接口特性 ###

**1.接口类型是一种引用类型，但是不能直接new接口的对象**

public class TestUSB {
        public static void main(String[] args) {
            USB usb = new USB();
        }
    }
    
    //Error:USB是抽象的，无法实例化

**2.接口中的每一个方法的类型都是public的抽象方法，即接口中方法会被隐式的指定为public abstract(只能是public abstract,其他修饰符都会报错)**

public interface USB {
        private void closeDevice();
    }
    
    //Error:此处不允许使用修饰符private

**3.接口中的方法是不能在接口中实现的（两个方法除外：static 和 abstract修饰的方法），只能由实现接口中的类实现**

public interface USB {
        void openDevice();
        void closeDevice() {
            System.out.println("关闭USB设备");
        }
    }
    
    //编译失败：因为接口中的方式默认为抽象方法
    //Error:接口中的抽象方法不能带有主体

**4.重写接口中的方法时，不能使用默认的访问权限**

public interface USB {
        void openDevice();
        void closeDevice();
    //这两个默认都是public修饰的
    }
    
    public class Mouse implements USB {
        @Override
        void openDevice() {
            System.out.println("打开鼠标");
        }//这里的方法是默认修饰符
        
        //...
    }
    
    //编译报错：Error:重写USB中的方法时，不能使用默认修饰符
    //正在尝试分配更低的访问权限：以前为public

**5.接口中可以含有变量，但是接口中的变量会被隐式指定为public static final变量**

interface USB {
        double brand = 3.0;//默认被public static final修饰
        void openDevice();
        void closeDevice();
    }
    
    public class TestUSB {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(USB.brand);//可以直接通过接口访问，说明是静态的
            //USB = 2.0;
            //编译报错：无法为最终变量brand分配值
            //说明brand具有final属性
        }
    }

**6.接口中不能有静态代码块和构造方法**

**7.接口虽然不是类，但是接口编译完成后字节码文件的后缀格式也是.class**

**8.如果类中没有实现接口中的所有抽象方法，则必须设置为抽象类**

**9.jdk8中：接口中还可以包含default方法**

### 实现多个接口 ###

> 在Java中，类和类之间是可以单继承的。一个类只能有一个父类，即Java中不支持多继承，但是一个类可以实现多个接口。下面通过类来表示一组动物

class Animal {
        protected String name;
        
        public Animal(String name) {
            this.name = name;
        }
    }

另外我们再提供一组接口，分别表示“会飞的”，“会跑的”，“会游泳的”。

interface IFlying {
        void fly();
    }
    
    interface IRunning {
        void run();
    }
    
    interface ISwimming {
        void swim();
    }

接下来创建几个具体的动物

猫，是会跑的。

public class Cat extends Animal implements IRunning{
        public Cat(String name) {
            super(name);
        }
        
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(this.name + "正在用四条腿跑");
        }
    }

鱼，是会游的。

public class Fish extends Animal implements ISwimming{
        public Fish(String name) {
            super(name);
        }
        
        @Override
        public void swim() {
            System.out.println(this.name + "正在用鱼鳍游泳");
        }
    }

青蛙，既能跑，又能游（两栖动物）

public class Frog extends Animal implements IRunning, ISwimming{
        public Frog(String name) {
            super(name);
        }
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(this.name + "正在往前跳");
        }
    
        @Override
        public void swim() {
            System.out.println(this.name + "正在蹬腿游泳");
        }
    }

> **注意，一个类实现多个接口时，每个接口中的抽象方法都要实现，否则类必须设置为抽象类。**

还有一种动物，水陆空三栖，叫做“鸭子”。

public class Duck extends Animal implements IRunning, ISwimming, IFlying {
        public Duck(String name) {
            super(name);
        }
        
        @Override
        public void fly() {
            System.out.println(this.name + "正在用翅膀飞");
        }
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(this.name + "正在用两条腿跑");
        }
    
        @Override
        public void swim() {
            System.out.println(this.name + "正在漂在水上");
        }
    }

上面的代码展示了Java中面向对象编程最常见的用法：**一个类继承一个父类，同时实现多个接口**。

我们之前学过：继承具有is-a的语义，而接口表达的含义是：**具有xxx特性**。

> 猫是一种动物，具有会跑的特性
> 
> 青蛙也是一种动物，既能跑，也能游泳
> 
> 鸭子也是一种动物，既能跑，也能游，还能飞

这样设计有什么好处呢？时刻牢记多态的好处，让程序员忘记类型。有了接口之后，类的使用者就不用具体关注具体哪种类型，而只关注某个类是否有某种能力。

例如，现在实现一个方法，叫跑步

public static void walk(IRunning running) {
        System.out.println("我带着伙伴去跑步");
        running.run();
    }

在这个walk方法内部，我们并不关注到底是哪种动物，只要是会跑的就行。

Cat cat = new Cat("小猫");
    //这里只关注猫是否有跑步能力
    walk(cat);
    
    Frog frog = new Frog("小青蛙");
    walk(frog);
    
    //执行结果
    我带着伙伴去散步
    小猫正在用四条腿跑
    我带着伙伴去散步
    小青蛙正在向前跳

### 接口间的继承 ###

> **在Java中，类和类是单继承的，而一个类可以实现多个接口，接口和接口之间可以多继承。即：用接口可以达到多继承的目的**
> 
> 注：
> 
> **类和接口之间的关系 -> implements 实现**
> 
> **接口和接口之间的关系 -> extends 拓展**

interface A {
        testA();
    }
    
    interface B extends A {
        testB();
    }
    
    //B中具有A的功能

> **接口之间的继承相当于把多个接口合并到一起**。

### 接口的使用实例 ###

**对对象进行比较**

给定两个学生对象，对它们进行比较（年龄）

Student student1 = new Student("zhangsan",12);
           Student student2 = new Student("lisi",18);

> 仔细思考，不难发现，和普通的整数不一样，两个整数是可以直接比较的，因为其大小关系明确。而两个学生对象的大小关系怎么确定？**需要额外指定**。
> 
> 让我们的Student类实现Comparable接口，并实现其中的compareTo方法

//引入Comparable接口表明当前类可以比较，并实现其中的compareTo方法
    //尖括号内写的是要比较的类型
    public class Student implements Comparable<Student>{
        String name;
        int age;
        public Student(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "Student{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    
        @Override
        public int compareTo(Student o) {
            if(this.age > o.age) {
                return 1;
            } else if(this.age == o.age) {
                return 0;
            } else {
                return -1;
            }
        }
    }

> 但上面的写法具有一定的缺点，比如更改了需求：不是比较年龄而是比较姓名，上面的方法显然是写死的，只能比较年龄，其他需求无法满足。

所以这时，我们可以另辟蹊径，在类外面实现**比较器**。

public class Student{
        String name;
        int age;
        public Student(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "Student{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    
      /*  @Override
        public int compareTo(Student o) {
            if(this.age > o.age) {
                return 1;
            } else if(this.age == o.age) {
                return 0;
            } else {
                return -1;
            }
        }*/
    }
    
    //比较器(年龄)
    class AgeComparator implements Comparator<Student> {
        @Override
        public int compare(Student o1, Student o2) {
            return o1.age - o2.age;
        }
    }
    
    //比较器（姓名）
    class NameComparator implements Comparator<Student> {
        @Override
        public int compare(Student o1, Student o2) {
            return o1.name.compareTo(o2.name);
        }
    }
    
    
    ======================
    public class Test1 {
        public static void main(String[] args) {
           Student student1 = new Student("zhangsan",12);
           Student student2 = new Student("lisi",18);
    
           AgeComparator agecomparator = new AgeComparator();
           NameComparator namecomparator = new NameComparator();
            System.out.println(agecomparator.compare(student1, student2));
            System.out.println(namecomparator.compare(student1, student2));
        }
    }

这样就可以同时比较年龄和姓名了。

那么回顾上述两种比较的方法，可以得出以下结论：

> **1.两种方法都可以适用于对象的比较**
> 
> **2.方法一侵入性较强：一旦写好了规定的比较方式，那么以后只能以这种方式比较了**
> 
> **3.方法二可以灵活比较，只需要传递需要比较的两个对象就可以了**。

### Cloneable接口和深拷贝 ###

> Java中内置了一些很有用的接口，Cloneable就是其中之一。
> 
> Object类中存在一个clone方法，调用这个方法可以创建一个对象的“拷贝”。但是要想合法调用clone方法，必须先实现Cloneable接口，否则就会抛出CloneNotSupportedException异常

public interface Cloneable {
    
    }
    
    //空接口/标记接口->表明当前类是可以被克隆的

**如何使用 ？**

1.**首先，在你想要实现克隆功能的类中，实现 `Cloneable` 接口**。例如：

public class MyClass implements Cloneable {
        // 类的成员和方法定义
    }

2.**然后，重写 `Object` 类中的 `clone` 方法，该方法在实现克隆时会被调用。在重写的方法中，调用 `super.clone()` 来创建一个对象的浅拷贝**。

public class MyClass implements Cloneable {
        // 类的成员和方法定义
        
        @Override
        public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            return super.clone();
        }
    }

3.**最后，当你需要克隆一个对象时，调用对象的 `clone` 方法即可。需要注意的是，`clone` 方法返回的是 `Object` 类型，所以你可能需要进行强制类型转换**。例如：

MyClass original = new MyClass();
    try {
        MyClass cloned = (MyClass) original.clone();
        // 对克隆对象进行操作
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        e.printStackTrace();
    }

> **需要注意的是，`clone` 方法默认进行的是浅拷贝，即只复制了对象的引用。如果你需要实现深拷贝（复制对象的内容），你可能需要在 `clone` 方法中自行实现复制对象内容的逻辑。**

那么什么又是浅拷贝和深拷贝呢？

让我们来看以下代码，这是一个浅拷贝的举例：

class Money {
        public double m = 99.99;
    }
    
    class Person implements Cloneable {
        public Money money = new Money();
    
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            return super.clone();
        }
    }
    
    public class TestDemo3 {
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{
            Person person1 = new Person();
            Person person2 = (Person)person1.clone();
            System.out.println("通过person2修改前的结果");
            System.out.println(person1.money.m);
            System.out.println(person2.money.m);
            person2.money.m = 13.6;
            System.out.println("通过person2修改后的结果");
            System.out.println(person1.money.m);
            System.out.println(person2.money.m);
        }
    }

执行结果如下：

![d7fc3037770448f8ade6907ac9f50825.png][]

> 如上代码，我们可以看到，通过clone，我们只是拷贝了Person对象。但是Person对象中的Money对象，并没有拷贝。通过person2这个引用修改了 m这个值后，person1这个引用访问m的值时，值也发生了改变。这里就是发生了浅拷贝。
> 
> 举个栗子：**这就相当于家里两个人看一个电视，一个人换了台，两个人就一起看另一个台**。

那怎么实现深拷贝呢？

> **深拷贝是指在复制对象时，不仅复制对象本身，还要递归地复制对象内部的所有引用对象。**

来看一下代码：

class Money implements Cloneable {
        public double m = 99.99;
    
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            return super.clone(); // 这里进行浅拷贝，因为 'm' 是基本类型
        }
    }
    
    class Person implements Cloneable {
        public Money money = new Money();
    
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            Person tmp = (Person)super.clone();
            tmp.money = (Money)this.money.clone();
            return tmp;
        }
    }
    
    public class TestDemo4 {
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{
            Person person1 = new Person();
            Person person2 = (Person)person1.clone();
            System.out.println("通过person2修改前的结果");
            System.out.println(person1.money.m);
            System.out.println(person2.money.m);
            person2.money.m = 13.6;
            System.out.println("通过person2修改后的结果");
            System.out.println(person1.money.m);
            System.out.println(person2.money.m);
        }
    }

运行结果：

![b47afc48ed7648e6bc06d4124339ac5c.png][]

> 显然深拷贝使得改动过后只有person2中的m发生了变化，这就是深拷贝。
> 
> 还是举个栗子：**这就相当于两个人不同看两个电视，一个人换台，另一个人看的并没有变化**

**为了更容易理解，让我们看一下深拷贝和浅拷贝的内存情况吧：**

**浅拷贝：**![ac87e388c35e45eeb52b73c2ae0c9cc2.png][]

深拷贝：

![9e58a2660a8b41039c04da74b25a2d85.png][]

### 抽象类和接口的区别 ###

> 抽象类和接口都是Java中多态的最常见的使用方式。都需要重点掌握，同时必须认清两者的区别。
> 
> **核心区别：抽象类中可以包含普通方法和普通字段，这样的普通方法和普通字段可以被子类直接使用（不必重写），而接口中不能包含普通方法，子类必须重写所有的抽象方法。**

> **再次提醒：抽象类存在的意义是为了让编译器更好的校验。**

![43b2765a213941ad9b4999a7ecead1c2.png][]

好了这一期就到这，这应该是作者字数最多的文章，敲得累死，下了。

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