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JAVA 接口、抽象类的关系和用处详细解析

news 来源：原创 2025/5/17 21:42:00

接口 - Java教程 - 廖雪峰的官方网站

一个 抽象类 如果实现了一个接口，可以只选择实现接口中的 部分方法（所有的方法都要有，可以一部分已经写具体，另一部分继续保留抽象），原因在于：

抽象类本身是 不完整的类，它可以有未实现的方法（即抽象方法），因此可以选择不完全实现接口。
由继承该抽象类的具体子类去完成未实现的方法。

这也是抽象类的一个强大功能，它在实现接口时，提供了一个“中间层次”，部分实现接口的行为，为具体的子类提供基础。

这里有两个箭头指向同一个类（例如 AbstractList），是因为：

接口（如 List）定义了行为规范：接口是用来定义类应该具有的功能和行为，例如 List 定义了与列表相关的方法（如 add(), get() 等），但不提供具体实现。
抽象类（如 AbstractList）提供了部分实现：抽象类用于实现接口的一部分行为，同时为具体类（如 ArrayList 和 LinkedList）提供可以复用的代码。

`AbstractList` 和 `List` 的区别

List 接口：
- 是一个完全抽象的接口，只定义了列表操作的规范。
- 方法如 add(E element), get(int index), remove(int index) 等都只是方法声明，没有实现。
AbstractList 抽象类：
- 是一个抽象类，实现了 List 接口的大部分通用功能。
- 目的是让具体实现类（如 ArrayList 和 LinkedList）复用这些功能，只需实现特定的方法即可。例如，AbstractList 中实现了 addAll()，具体类无需再写这部分代码。

示例代码

假设你要实现一个自定义的列表，直接实现 List 和继承 AbstractList 的区别如下：

直接实现 `List` 接口

如果从零实现 List 接口，你需要定义接口中所有的方法（包括很多通用方法，比如 size() 和 addAll()）。

import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;public class CustomList<E> implements List<E> {private Object[] elements = new Object[10];private int size = 0;@Overridepublic boolean add(E e) {if (size == elements.length) {Object[] newElements = new Object[size * 2];System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, size);elements = newElements;}elements[size++] = e;return true;}@Overridepublic int size() {return size;}@Overridepublic E get(int index) {if (index < 0 || index >= size) {throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index);}return (E) elements[index];}// 还需实现 List 中所有的方法，如 remove()、iterator() 等，工作量很大。
}

继承 `AbstractList` 抽象类

通过继承 AbstractList，你只需实现一些关键方法，剩下的方法由 AbstractList 提供默认实现。

import java.util.AbstractList;public class CustomList<E> extends AbstractList<E> {private Object[] elements = new Object[10];private int size = 0;@Overridepublic E get(int index) {if (index < 0 || index >= size) {throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index);}return (E) elements[index];}@Overridepublic int size() {return size;}@Overridepublic boolean add(E e) {if (size == elements.length) {Object[] newElements = new Object[size * 2];System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, size);elements = newElements;}elements[size++] = e;return true;}// 不需要手动实现 addAll() 等通用方法，AbstractList 已提供默认实现。
}

运行示例

public class Main {public static void main(String[] args) {CustomList<String> list = new CustomList<>();list.add("A");list.add("B");list.add("C");System.out.println(list.get(1)); // 输出: BSystem.out.println(list.size()); // 输出: 3}
}

为什么 Java 集合框架中要设计接口和抽象类的这种关系？

1. 灵活性：接口用于定义行为规范

接口（如 List）允许不同的实现方式，适配多种需求，例如：

ArrayList：基于数组实现的列表，适合随机访问操作。
LinkedList：基于链表实现的列表，适合插入和删除操作。
自定义列表：可以实现特定的逻辑，比如线程安全或固定容量。

2. 代码复用：抽象类减少重复代码

抽象类（如 AbstractList）避免了在每个实现类中重复编写通用逻辑。例如：

size() 的计算逻辑。
批量添加方法（addAll()）的实现。
迭代器（iterator()）的通用实现。

通过这种设计，新实现类只需关注特定的细节。

3. 多层次抽象设计

如下图中的设计：

接口层： 定义行为规范（如 List, Collection）。
抽象类层： 提供部分实现（如 AbstractList, AbstractCollection）。
具体类层： 提供特定实现（如 ArrayList, LinkedList）。

这种多层次设计提供了灵活性和代码复用的平衡。

问题 1：调用的时候执行的是接口的方法还是抽象类的方法？

调用的是对象的实际实现类中的方法，而不是接口或抽象类本身。尽管我们通过 `List` 这样的接口来引用一个对象，但具体执行的代码取决于对象的具体实现类。

假设我们写了一段代码：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");

编译时看接口，运行时看实现类：
- list 的编译时类型是 List，所以编译器只会允许你调用 List 接口中声明的方法，比如 add()、remove() 等。
- 但 list 的运行时类型是 ArrayList，所以具体执行的 add() 方法是 ArrayList 类中定义的实现。
接口 vs 抽象类：
- List 是接口，定义了 add() 的方法规范。
- AbstractList 是一个抽象类，部分实现了 List 的规范，并提供了通用实现。
- 但是：在 ArrayList 中，它直接继承了 AbstractList，并可能覆写了某些方法，所以最终调用的是 ArrayList 的实现。

为什么我们总是见到 List，而没有见过 AbstractList？

AbstractList 是设计细节：
- AbstractList 是为具体实现类（如 ArrayList 和 LinkedList）服务的，目的是 减少代码重复。
- 它为实现类提供了一些通用功能，比如：
  - 默认实现 addAll() 方法。
  - 默认实现 iterator() 方法。
- 但是，AbstractList 是抽象的，不能直接使用，所以开发者不会直接实例化或引用它。
面向接口编程的原则：我们习惯通过接口（如 List）去引用对象，这是面向接口编程的核心思想。

`default` 方法

- 在接口中，default 方法允许有具体的实现，提供一个方法体。
- 抽象类 中不需要使用 default 关键字，因为抽象类本身可以包含普通的具体方法（带方法体）和抽象方法（没有方法体）。
为什么 default 方法存在于接口：
- 原本接口中的方法必须全部是抽象的，这意味着接口升级时（比如增加新方法），所有实现这个接口的类都必须修改，去实现新增的方法。
- 为了兼容老代码，同时给接口增加新功能，Java 8 引入了 default 方法。default 方法是为了 在接口中提供默认实现，而不破坏已有的实现类。
抽象类和接口在具体方法上的区别：
- 抽象类的普通方法天然支持具体实现，不需要额外关键字。
- 接口中的 default 方法则是接口为了支持具体实现而引入的额外能力。

具体对比：抽象类和接口中的具体方法

特点	抽象类中的具体方法	接口中的 `default` 方法
是否需要关键字	不需要，直接定义普通方法即可	需要使用 `default` 关键字
是否可以有具体实现	是的，普通方法都可以有实现	是的，`default` 方法允许提供具体实现
是否可以被覆写	可以，子类可以选择覆写抽象类中的普通方法	可以，子类可以选择覆写接口中的 `default` 方法
是否强制实现	不是，子类可以选择继承普通方法的实现或覆写它	不是，默认继承接口中的 `default` 方法

`default` 方法的实际意义

1. 向接口新增方法时的兼容性问题

假设你有一个接口 MyInterface 和两个实现类：

interface MyInterface {void methodA();
}class ClassA implements MyInterface {@Overridepublic void methodA() {System.out.println("ClassA: methodA");}
}class ClassB implements MyInterface {@Overridepublic void methodA() {System.out.println("ClassB: methodA");}
}

如果你需要给 MyInterface 添加一个新方法 methodB，所有的实现类（ClassA 和 ClassB）都必须实现这个方法，否则代码无法编译。

2. 使用 `default` 方法解决兼容问题

在这种情况下，可以用 default 方法为新方法提供一个默认实现，从而避免修改所有实现类：

interface MyInterface {void methodA();// 新增一个 default 方法default void methodB() {System.out.println("Default implementation of methodB");}
}class ClassA implements MyInterface {@Overridepublic void methodA() {System.out.println("ClassA: methodA");}
}class ClassB implements MyInterface {@Overridepublic void methodA() {System.out.println("ClassB: methodA");}
}

运行示例

public class Main {public static void main(String[] args) {MyInterface objA = new ClassA();objA.methodA(); // 输出: ClassA: methodAobjA.methodB(); // 输出: Default implementation of methodBMyInterface objB = new ClassB();objB.methodA(); // 输出: ClassB: methodAobjB.methodB(); // 输出: Default implementation of methodB}
}

如果某个实现类需要对 default 方法提供自定义实现，可以覆写它：

class ClassB implements MyInterface {@Overridepublic void methodA() {System.out.println("ClassB: methodA");}@Overridepublic void methodB() {System.out.println("ClassB: Custom implementation of methodB");}
}

运行后：

MyInterface objB = new ClassB();
objB.methodB(); // 输出: ClassB: Custom implementation of methodB

结合数据库任务的实际场景

在你的数据库任务中，default 方法可以为某些操作提供通用实现。例如：

接口定义

public interface DBOperations {boolean createTable(String tableName, List<String> columns);default boolean dropTable(String tableName) {System.out.println("[OK] Dropped table: " + tableName);return true;}
}

实现类

具体类可以选择覆写或继承接口中的 default 方法或者覆写

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编程日记 2025/5/12 2:48:18

AbstractList 和 List 的区别

示例代码

直接实现 List 接口

继承 AbstractList 抽象类

运行示例

为什么 Java 集合框架中要设计接口和抽象类的这种关系？

1. 灵活性：接口用于定义行为规范

2. 代码复用：抽象类减少重复代码

3. 多层次抽象设计

问题 1：调用的时候执行的是接口的方法还是抽象类的方法？

调用的是 对象的实际实现类中的方法，而不是接口或抽象类本身。尽管我们通过 List 这样的接口来引用一个对象，但具体执行的代码取决于 对象的具体实现类。

default 方法

具体对比：抽象类和接口中的具体方法

default 方法的实际意义

1. 向接口新增方法时的兼容性问题

2. 使用 default 方法解决兼容问题

运行示例

结合数据库任务的实际场景

接口定义

实现类

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`AbstractList` 和 `List` 的区别

直接实现 `List` 接口

继承 `AbstractList` 抽象类

调用的是对象的实际实现类中的方法，而不是接口或抽象类本身。尽管我们通过 `List` 这样的接口来引用一个对象，但具体执行的代码取决于对象的具体实现类。

`default` 方法

`default` 方法的实际意义

2. 使用 `default` 方法解决兼容问题