從設計理念層面看abstract class和interface

上面主要從語法定義和編程的角度論述了abstract class和interface的區別，這些層面的區別是比較低層次的、非本質的。本小節將從另一個層面：abstract class和interface所反映出的設計理念，來分析一下二者的區別。作者認為，從這個層面進行分析才能理解二者概念的本質所在。

前面已經提到過，abstarct class在Java語言中體現了一種繼承關系，要想使得繼承關系合理，父類和派生類之間必須存在"is a"關系，即父類和派生類在概念本質上應該是相同的（參考文獻〔3〕中有關于"is a"關系的大篇幅深入的論述，有興趣的讀者可以參考）。對于interface 來說則不然，并不要求interface的實現者和interface定義在概念本質上是一致的，僅僅是實現了interface定義的契約而已。為了使論述便于理解，下面將通過一個簡單的實例進行說明。

考慮這樣一個例子，假設在我們的問題領域中有一個關于Door的抽象概念，該Door具有執行兩個動作open和close，此時我們可以通過abstract class或者interface來定義一個表示該抽象概念的類型，定義方式分別如下所示：

使用abstract class方式定義Door：

abstract class Door {
abstract void open();
abstract void close()；
}


使用interface方式定義Door：


interface Door {
void open();
void close();
}


其他具體的Door類型可以extends使用abstract class方式定義的Door或者implements使用interface方式定義的Door。看起來好像使用abstract class和interface沒有大的區別。

如果現在要求Door還要具有報警的功能。我們該如何設計針對該例子的類結構呢（在本例中，主要是為了展示abstract class和interface反映在設計理念上的區別，其他方面無關的問題都做了簡化或者忽略）？下面將羅列出可能的解決方案，并從設計理念層面對這些不同的方案進行分析。

解決方案一：

簡單的在Door的定義中增加一個alarm方法，如下：

abstract class Door {
abstract void open();
abstract void close()；
abstract void alarm();
}


或者

interface Door {
void open();
void close();
void alarm();
}


那么具有報警功能的AlarmDoor的定義方式如下：

class AlarmDoor extends Door {
void open() { … }
void close() { … }
void alarm() { … }
}


或者

class AlarmDoor implements Door ｛
void open() { … }
void close() { … }
void alarm() { … }
｝

這種方法違反了面向對象設計中的一個核心原則ISP（Interface Segregation Priciple），在Door的定義中把Door概念本身固有的行為方法和另外一個概念"報警器"的行為方法混在了一起。這樣引起的一個問題是那些僅僅依賴于Door這個概念的模塊會因為"報警器"這個概念的改變（比如：修改alarm方法的參數）而改變，反之依然。

解決方案二：

既然open、close和alarm屬于兩個不同的概念，根據ISP原則應該把它們分別定義在代表這兩個概念的抽象類中。定義方式有：這兩個概念都使用abstract class方式定義；兩個概念都使用interface方式定義；一個概念使用abstract class方式定義，另一個概念使用interface方式定義。

顯然，由于Java語言不支持多重繼承，所以兩個概念都使用abstract class方式定義是不可行的。后面兩種方式都是可行的，但是對于它們的選擇卻反映出對于問題領域中的概念本質的理解、對于設計意圖的反映是否正確、合理。我們一一來分析、說明。

如果兩個概念都使用interface方式來定義，那么就反映出兩個問題：1、我們可能沒有理解清楚問題領域，AlarmDoor在概念本質上到底是Door還是報警器？2、如果我們對于問題領域的理解沒有問題，比如：我們通過對于問題領域的分析發現AlarmDoor在概念本質上和Door是一致的，那么我們在實現時就沒有能夠正確的揭示我們的設計意圖，因為在這兩個概念的定義上（均使用interface方式定義）反映不出上述含義。

如果我們對于問題領域的理解是：AlarmDoor在概念本質上是Door，同時它有具有報警的功能。我們該如何來設計、實現來明確的反映出我們的意思呢？前面已經說過，abstract class在Java語言中表示一種繼承關系，而繼承關系在本質上是"is a"關系。所以對于Door這個概念，我們應該使用abstarct class方式來定義。另外，AlarmDoor又具有報警功能，說明它又能夠完成報警概念中定義的行為，所以報警概念可以通過interface方式定義。如下所示：

abstract class Door {
abstract void open();
abstract void close()；
}
interface Alarm {
void alarm();
}
class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
void open() { … }
void close() { … }
void alarm() { … }
}


這種實現方式基本上能夠明確的反映出我們對于問題領域的理解，正確的揭示我們的設計意圖。其實abstract class表示的是"is a"關系，interface表示的是"like a"關系，大家在選擇時可以作為一個依據，當然這是建立在對問題領域的理解上的，比如：如果我們認為AlarmDoor在概念本質上是報警器，同時又具有Door的功能，那么上述的定義方式就要反過來了。

轉載人員-Nicholas