【Java SE】java中接口详解

1.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…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…所有符合规范的设备
通过上述例子可以看出：接口就是公共的行为规范标准，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。

2.接口语法规则

接口的定义格式与定义类的格式基本相同，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：在接口中上述写法都是抽象方法，跟推荐方式4，代码更简洁
}

提示:

1. 创建接口时, 接口的命名一般以大写字母 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

3.接口的使用

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。

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，类与接口之间是 implements 实现关系。

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、关闭设备功能
2. 笔记本类：包含开机功能、关机功能、使用USB设备功能
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

// USB接口
public interface USB {
	void openDevice();
	void closeDevice();
}
// 鼠标类，实现USB接口
public 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");
	}
}
// 键盘类，实现USB接口
public 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");
	}
}
// 笔记本类：使用USB设备
public class Computer {
	public void powerOn(){
	System.out.println("打开笔记本电脑");
	}
	public void powerOff(){
	System.out.println("关闭笔记本电脑");
	}
	public void useDevice(USB usb){
	usb.openDevice();
	if(usb instanceof Mouse){
	Mouse mouse = (Mouse)usb;
	mouse.click();
	}else if(usb instanceof KeyBoard){
	KeyBoard keyBoard = (KeyBoard)usb;
	keyBoard.inPut();
	}
	usb.closeDevice();
	}
}
// 测试类：
public class TestUSB {
	public static void main(String[] args) {
	Computer computer = new Computer();
	computer.powerOn();
	// 使用鼠标设备
	computer.useDevice(new Mouse());
	// 使用键盘设备
	computer.useDevice(new KeyBoard());
	computer.powerOff();
	}
}

4.接口的特性

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:(10, 19) java: day20210915.USB是抽象的; 无法实例化

2. 接口中每一个方法都是public的抽象方法, 即接口中的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 {
// Error:(4, 18) java: 此处不允许使用修饰符private
private void openDevice();
void closeDevice();
}

3. 接口中的方法是不能在接口中实现的，只能由实现接口的类来实现

public interface USB {
void openDevice();
// 编译失败：因为接口中的方式默认为抽象方法
// Error:(5, 23) java: 接口抽象方法不能带有主体
void closeDevice(){
System.out.println("关闭USB设备");
}
}

4. 重写接口中方法时，不能使用默认的访问权限

public interface USB {
	void openDevice(); // 默认是public的
	void closeDevice(); // 默认是public的
}
public class Mouse implements USB {
	@Override
	void openDevice() {
	System.out.println("打开鼠标");
	}
	// ...
}
// 编译报错，重写USB中openDevice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的指定为 public static final 变量

public interface USB {
	double brand = 3.0; // 默认被：final public static修饰
	void openDevice();
	void closeDevice();
	}
	public class TestUSB {
	public static void main(String[] args) {
	System.out.println(USB.brand); // 可以直接通过接口名访问，说明是静态的
	// 编译报错：Error:(12, 12) java: 无法为最终变量brand分配值
	USB.brand = 2.0; // 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

public interface USB {
// 编译失败
public USB(){
}
{} // 编译失败
void openDevice();
void closeDevice();
}

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. 如果类没有实现接口中的所有的抽象方法，则类必须设置为抽象类
9. jdk8中：接口中还可以包含default方法。

5.实现多个接口

在Java中，类和类之间是单继承的，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();
}

接下来我们创建几个具体的动物
猫, 是会跑的.

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.

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

青蛙, 既能跑, 又能游(两栖动物)

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。

提示, IDEA 中使用 ctrl + i 快速实现接口

还有一种神奇的动物, 水陆空三栖, 叫做 “鸭子”

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 面向对象编程中最常见的用法: 一个类继承一个父类, 同时实现多种接口.
继承表达的含义是 is - a 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, 让程序猿忘记类型. 有了接口之后, 类的使用者就不必关注具体类型,而只关注某个类是否具备某种能力.

6.接口间的继承

在Java中，类和类之间是单继承的，一个类可以实现多个接口，接口与接口之间可以多继承。即：用接口可以达到多继承的目的。

接口可以继承一个接口, 达到复用的效果. 使用 extends 关键字

interface IRunning {
void run();
}

interface ISwimming {
void swim();
}

// 两栖的动物, 既能跑, 也能游
interface IAmphibious extends IRunning, ISwimming {
}

class Frog implements IAmphibious {
...
}

通过接口继承创建一个新的接口 IAmphibious 表示 “两栖的”. 此时实现接口创建的 Frog 类, 就继续要实现 run 方法, 也需要实现 swim 方法

接口间的继承相当于把多个接口合并在一起.

7.接口使用实例

给对象数组排序

class Student {
	private String name;
	private int score;
	public Student(String name, int score) {
	this.name = name;
	this.score = score;
	}
	@Override
	public String toString() {
	return "[" + this.name + ":" + this.score + "]";
	}
}

再给定一个学生对象数组, 对这个对象数组中的元素进行排序(按分数降序).

Student[] students = new Student[] {
new Student("张三", 95),
new Student("李四", 96),
new Student("王五", 97),
new Student("赵六", 92),
}

按照我们之前的理解, 数组我们有一个现成的 sort 方法, 能否直接使用这个方法呢?

Arrays.sort(students);
System.out.println(Arrays.toString(students));
// 运行出错, 抛出异常.
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Student cannot be cast to java.lang.Comparable

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, 大小关系明确. 而两个学生对象的大小关系怎么确定? 需要我们额外指定.

让我们的 Student 类实现 Comparable 接口, 并实现其中的 compareTo 方法

class Student implements Comparable {
	private String name;
	private int score;
	public Student(String name, int score) {
	  this.name = name;
	  this.score = score;
	}
	@Override
	public String toString() {
	  return "[" + this.name + ":" + this.score + "]";
	}
	@Override
	public int compareTo(Object o) {
	  Student s = (Student)o;
	  if (this.score > s.score) {
	    return -1;
	  } else if (this.score < s.score) {
	    return 1;
	  } else {
	    return 0;
	  }
	}
}

在 sort 方法中会自动调用 compareTo 方法. compareTo 的参数是 Object , 其实传入的就是 Student 类型的对象.

然后比较当前对象和参数对象的大小关系(按分数来算).

• 如果当前对象应排在参数对象之前, 返回小于 0 的数字;
• 如果当前对象应排在参数对象之后, 返回大于 0 的数字;
• 如果当前对象和参数对象不分先后, 返回 0;

再次执行程序, 结果就符合预期了.

// 执行结果
[[王五:97], [李四:96], [张三:95], [赵六:92]]

注意事项: 对于 sort 方法来说, 需要传入的数组的每个对象都是 “可比较” 的, 需要具备 compareTo 这样的能力. 通过重写 compareTo 方法的方式, 就可以定义比较规则.

为了进一步加深对接口的理解, 我们可以尝试自己实现一个 sort 方法来完成刚才的排序过程(使用冒泡排序)

public static void sort(Comparable[] array) {
	for (int bound = 0; bound < array.length; bound++) {
		for (int cur = array.length - 1; cur > bound; cur--) {
			if (array[cur - 1].compareTo(array[cur]) > 0) {
			// 说明顺序不符合要求, 交换两个变量的位置
			Comparable tmp = array[cur - 1];
			array[cur - 1] = array[cur];
			array[cur] = tmp;
			}
		}
	}
}

再次执行代码

sort(students);
System.out.println(Arrays.toString(students));
// 执行结果
[[王五:97], [李四:96], [张三:95], [赵六:92]]

8.Clonable 接口

Java 中内置了一些很有用的接口, Clonable 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, 必须要先实现 Clonable 接口, 否则就会抛出 CloneNotSupportedException 异常.

class Animal implements Cloneable {
	private String name;
	@Override
	public Animal clone() {
	Animal o = null;
	try {
	o = (Animal)super.clone();
	} catch (CloneNotSupportedException e) {
	e.printStackTrace();
	}
	return o;
	}
}
public class Test {
	public static void main(String[] args) {
	Animal animal = new Animal();
	Animal animal2 = animal.clone();
	System.out.println(animal == animal2);
	}
}
// 输出结果
// false

9.抽象类和接口的区别

抽象类和接口都是 Java 中多态的常见使用方式. 都需要重点掌握. 同时又要认清两者的区别(重要!!! 常见面试题).

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

如之前写的 Animal 例子. 此处的 Animal 中包含一个 name 这样的属性, 这个属性在任何子类中都是存在的. 因此此处的 Animal 只能作为一个抽象类, 而不应该成为一个接口

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

再次提醒: 抽象类存在的意义是为了让编译器更好的校验, 像 Animal 这样的类我们并不会直接使用, 而是使用它的子类. 万一不小心创建了Animal 的实例, 编译器会及时提醒我们