Java 抽象类和接口

内部类

定义及简单示例

在 Java 中，允许在一个类、方法、语句块的内部定义另一个类，称为内部类(Inner Class)或嵌套类(Nested Class)。

内部类和外层封装它的类之间存在逻辑上的所属关系，一般只用在定义它的类或语句块之内，实现一些没有通用意义的功能逻辑，在外部引用它时必须给出完整的名称；

使用内部类的主要原因有：

内部类可以访问外部类中的数据，包括私有的数据；
内部类可以对同一个包中的其它类隐藏起来；
当想要定义一个回调函数时，使用匿名内部类比较便捷；
内部类的使用可以减少类的命名冲突（命名真的很头疼）；

内部类只是一颗语法糖，只是编译器的一种行为，内部类在编译后一样会生成常规的 .class 类文件，内部类与 JVM 无关。

使用内部类的例子：

对于实例成员类，必须先有外部类的对象才能生成内部类的对象，因为内部类需要访问外部类中的成员变量，成员变量必须实例化才有意义。

内部类的分类

内部类分为：实例成员类、静态成员类、具名局部类、匿名局部类；

实例成员类、静态成员类就像一个类中的普通成员（属性、方法），因此可以使用 public/protected/private/[default]、static、final、abstract 等修饰符；它们之间仅仅就是普通成员和静态成员的区别；
具名局部类、匿名局部类就像一个普通的局部变量（方法、语句块中），因此它们和普通的局部变量一样，不能被 static、public/protected/private 修饰符修饰；但匿名局部类必须继承一个类或实现一个接口。

无论哪种内部类，实质都是一个独立 .class 字节码文件，本质就是一个拥有特殊类名（$美元符）的普通类。

实例成员类、静态成员类

在类内部（不在方法、语句块）直接定义的类就是成员类，和类的普通成员一样，有着静态成员与实例成员之分：

实例成员类：可以在内部类中直接引用外部类的所有成员（静态、非静态），因此必须先有外部类对象才能构造内部类对象；
静态成员类：可以在内部类中直接引用外部类的静态成员，静态内部类其实就是一个普通的全局类，只不过名字特殊点而已。

成员式内部类和普通成员一样，支持 public、protected、private、[default] 访问修饰符；支持 static、final、abstract 属性修饰符。

若有 static 修饰符，就为类级（即静态成员类），否则为对象级（即实例成员类）；类级可以通过外部类直接访问，对象级需要先生成外部类对象后才能访问；

对于实例成员类，类内不能声明任何 static 成员；同一个外部类的不同的内部类之间可以互相调用，就如同类中的不同方法之间可以互相调用一样。

并且，外部类可以访问内部类的所有成员，包括被 private 修饰的成员，在上面的例子中已经进行演示。

创建实例成员类的对象
因为需要访问外部类的实例变量、实例方法，因此必须在外部类对象的基础上构造内部类对象。
语法：outObj.new Inner(param ...)（具名对象）、new Outer(param ...).new Inner(param ...)（匿名对象）。

创建静态成员类的对象
静态成员类就是特殊点的全局类，当然作为成员类还是有点特权的（可以访问外部类的所有静态成员，包括私有的）。
语法：new Inner(param ...)（类内引用）、new Outer.Inner(param ...)（类外引用，类的权限不能为 private）。

在内部类中访问外部类
具体的调用细节我已经在开头的例子中详细说明了，因为编译器搜索一个变量名时总是从近到远的搜索，因此内部类与外部类的成员存在同名时就需要显式的调用，否则默认使用内部类中的同名成员。

允许定义成员接口
因为接口是从抽象类（抽象类属于类）演变过来的，因此除非特别规定，接口和类享受着同样的待遇（接口的详细介绍在后面）；
因此，Java 完全允许我们在一个外部类中定义内部接口（静态成员，不管写不写 static），不存在什么实例内部接口，没有意义；
也可以在外部接口中定义内部接口（公开静态成员，不管写不写 static），这个应该是应用最广泛的，Java 类库中有很多的例子。

具名局部类、匿名局部类

局部类就是定义在方法、语句块中的类，我先把局部类的相关特点说明一下：

局部类只在定义了它们的方法、语句块中可见；
外部作用域可以访问局部类的所有成员，包括私有的；
局部类不可以是 static 的，也不存在 static 成员；
局部类不可以被 public、protected、private 修饰；
具名局部类可以被 abstract 修饰，但不存在所谓局部接口；
匿名局部类必须继承一个类或实现一个接口，但只能二选一；
局部类会捕获外部作用域中的变量（值传递），在类内部使用final修饰。

前几点没什么好讲的，主要是最后两个。我们先来分析最后一条，解释一下”类内部使用final修饰”。

先定义一个具名局部类 Student，暂时不涉及外部变量捕获：

和使用普通的 Student 类一样，都是通过函数传参来进行数据传递，没问题。

但是这样的话就发挥不了局部类的最大作用了啊，我们来让它自动捕获外部的变量：

是不是发现很好用，这就是局部类的便利之处，可以自动捕获外部作用域的变量，但是如果我要修改捕获的变量呢？

这里有几点要说明：如果被捕获的变量（意思就是在局部类中被使用的，未使用的不需要）是函数、代码块中的，那么这些变量必须被 final 修饰；如果被捕获的变量是在类中定义（静态、非静态）的，则无此要求。并且，在 JDK1.8 之后，函数、代码块中的被捕获变量不需要显式使用 final 修饰，会自动变为 final 变量。

报错了，意思是说”从内部类引用的局部变量必须是 final 的”。这就是局部类的猥琐之处；因为局部类捕获外部变量时采取的是值传递（C++ 的 lambda 表达式支持引用传递），因此无法修改变量值（对于引用类型就是无法改变指针的指向）。

Java 为什么要这么做呢，因为 Java 中只存在值传递。这就是抛弃指针运算的恶果（来自 C/C++ 程序猿的嘲笑）。换个角度理解就是前面一开始说的”在类内部使用final修饰”。

编译器在编译之前做了手脚，上面的程序大概会变成这样（当然我不敢保证是这样，猜测而已）：

这就很容易理解了，final 成员自然是不可以被改变了，因此在编译时会报错（虽然那个报错信息很诡异）。
但是被 final 修饰的引用类型变量，只是意味着不可以改变指针的指向，并没有说不让我们更改指向的内容。

我说这话是什么意思呢？别着急，我们看例子就知道了：

好了，具名局部类就说到这里，我们来简单的看一下匿名局部类，上面讨论的东西一样适合匿名局部类，后面不再重复演示。

匿名局部类，即没有名字的局部类，但实际上是有名字的，这个后面会进行讨论。匿名局部类不可单独存在，它必须是一个类的子类或者是实现了一个接口的类。

匿名局部类的特点
1、匿名局部类必须继承一个类或者实现一个接口，但两者不可兼得，同时也只能继承一个类或者实现一个接口；
2、匿名局部类没有构造函数，因为没有类名因此无法实现构造函数；可以使用初始化代码块替代构造函数；
3、匿名局部类是具名局部类的一种特殊形式，因此具名局部类的所有限制同样对匿名局部类有效；
4、匿名局部类不能是 abstract 的，它必须要实现继承的类或者实现的接口的所有抽象方法。

匿名内部类实际还是一个独立的类，它有着自己的唯一类名，如果将一个使用 new 创建的匿名类对象赋值给其基类/实现的接口的引用变量，那么此过程中将发生向上转型，因为匿名类就是 new 后面的类/接口的一个子类，它们之间的关系就如同普通的基类、派生类。

我们先来看一下第一种，一个类的子类：

再来看一下第二种，实现一个接口：

最后我们来说一下，如何利用反射创建匿名局部类的对象，反射的具体知识请参考 - Java 反射。

抽象类

在自上而下的继承层次结构中，位于上层的类更具有通用性，甚至可能更加抽象；
从某种角度看，祖先类更加通用，它只包含一些最基本的成员，人们只将它作为派生其他类的基类，而不会用来创建对象；
甚至，你可以只给出方法的定义而不实现，由子类根据具体需求来具体实现；

这种只给出方法定义而不具体实现的方法被称为抽象方法，抽象方法是没有方法体的，在代码的表达上就是没有“{}”；
如果一个类包含一个或多个抽象方法就必须被声明为抽象类；抽象类不能被实例化，抽象方法必须在子类中被实现；

使用abstract修饰符来表示抽象方法和抽象类；抽象类除了包含抽象方法外，还可以包含具体的变量和具体的方法；

一个类即使没有任何抽象方法，也可以被声明为抽象类，防止被实例化；

抽象类不能直接使用，必须用子类去实现抽象类，然后使用其子类的实例；
可以创建一个变量，其类型是一个抽象类，并让它指向具体子类的一个实例，即多态的使用；
特别注意，abstract不能和static一起使用，即不能有抽象静态方法，也不能有抽象构造函数；

如果一个抽象基类拥有多个抽象方法，那么继承他的派生类也必须实现所有抽象方法，否则不能创建对象；
当然如果没有实现所有的抽象方法，也可以将派生类声明为抽象类，让它的派生类去实现剩下的抽象方法；

典型的错误：抽象类一定包含抽象方法；但是反过来说“包含抽象方法的类一定是抽象类”就是正确的；
事实上，抽象类可以是一个完全正常实现的类；

例子：

接口

在抽象类中，可以包含一个或多个抽象方法；但在接口(interface)中，所有的方法必须都是抽象的，不能有方法体，它比抽象类更加“抽象”；

接口使用interface关键字来声明，接口可以看做是一种特殊的抽象类，它可以指定一个类必须做什么，而不是规定它如何去做；

现实中也有很多接口的实例，比如说串口电脑硬盘，Serial ATA 委员会指定了 Serial ATA 2.0 规范，这种规范就是接口；
Serial ATA 委员会不负责生产硬盘，只是指定通用的规范；
希捷、日立、三星等生产厂家会按照规范生产符合接口的硬盘，这些硬盘就可以实现通用化；
如果正在用一块 160G 日立的串口硬盘，现在要升级了，可以购买一块 320G 的希捷串口硬盘，安装上去就可以继续使用了；

接口是若干常量和抽象方法的集合
接口中声明的成员变量默认都是public static final的，必须显示的初始化；因而在常量声明时可以省略这些修饰符；
接口中声明的成员函数默认都是public abstract的，不能提供任何方法体，需要让实现接口的子类去具体定义；

为什么使用接口
接口是可插入性的保证；在一个继承链中的任何一个类都可以实现一个接口，这个接口会影响到此类的所有子类，但不会影响到此类的任何父类；此类将不得不实现这个接口所规定的方法，而子类可以从此类自动继承这些方法，这时候，这些子类具有了可插入性；

我们关心的不是哪一个具体的类，而是这个类是否实现了我们需要的接口；

接口提供了关联以及方法调用上的可插入性，软件系统的规模越大，生命周期越长，接口使得软件系统的灵活性和可扩展性，可插入性方面得到保证；

接口在面向对象的 Java 程序设计中占有举足轻重的地位；事实上在设计阶段最重要的任务之一就是设计出各部分的接口，然后通过接口的组合，形成程序的基本框架结构；

接口的使用
接口的使用与类的使用有些不同；在需要使用类的地方，会直接使用 new 关键字来构建一个类的实例，但接口不可以这样使用，因为接口不能直接使用 new 关键字来构建实例；

接口必须通过类来实现(implements)它的抽象方法，然后再实例化类；类实现接口的关键字为implements；
如果一个类不能实现该接口的所有抽象方法，那么这个类必须被定义为抽象类；

不允许创建接口的实例，但允许定义接口类型的引用变量，该变量指向了实现接口的类的实例；

接口和抽象类、普通类的共同点
目前看来和抽象类差不多；确实如此，接口本就是从抽象类中演化而来的，因而除特别规定，接口享有和类同样的“待遇”；
比如一个文件中可以定义多个类或接口，但最多只能有一个 public 的类或接口，如果有则源文件必须取和 public 的类或接口相同的名字；

但是接口并不是类，编写接口的方式和类很相似，但是它们属于不同的概念；类描述对象的属性和方法；接口则包含类要实现的方法；

除非实现接口的类是抽象类，否则该类要定义接口中的所有方法；
接口无法被实例化，但是可以被实现；一个实现接口的类，必须实现接口内所描述的所有方法，否则就必须声明为抽象类；

接口的特性
但是接口有自己的一些特性，归纳如下：
1) 接口中每一个方法也是隐式抽象的，接口中的方法会被隐式的指定为public abstract，并且只能是public abstract；
2) 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静态常量，并且只能是public static final；
3) 接口中没有构造方法，不能被实例化；
4) 一个接口不实现另一个接口，但可以继承多个其他接口；接口的多继承特点弥补了类的单继承；
5) 一个类只能继承一个父类，但却可以实现多个接口；实现接口使用关键字implements；

接口和抽象类的区别
1) 抽象类本质还是一个类，但是接口不是类；
2) 抽象类可以有构造函数，但是接口没有构造函数；
3) 抽象类可以有具体的方法，但是接口中只能有抽象方法；
4) 抽象类中的成员变量可以是各种修饰符的，但是接口中的成员变量只能是 public static final 的；
5) 抽象类中可以有 static 代码块和 static 方法，但是接口中不能有 static 代码块和 static 方法；
6) 一个类只能继承一个抽象类，而一个类却可以实现多个接口；

接口的声明格式
public/[default] interface 接口名称 [extends 接口1[, 接口2, ...]] { 声明变量、抽象方法 }

类实现接口的格式
[修饰符] class 类名 [extends 父类] implements 接口1[, 接口2, ...] { 实现抽象方法 }

重写接口中声明的方法时，需要注意以下规则：
1) 类在实现接口的方法时，不能抛出强制性异常，只能在接口中，或者继承接口的抽象类中抛出该强制性异常；
2) 类在重写方法时要保持一致的方法名，并且应该保持相同或者相兼容的返回值类型；即应遵循方法重写的规则；

标记接口
标识接口是没有任何方法和属性的接口，它仅仅表明它的类属于一个特定的类型，供其他代码来测试允许做一些事情；
标识接口作用：简单形象的说就是给某个对象打个标（盖个戳），使对象拥有某个或某些特权；

没有任何方法的接口被称为标记接口；标记接口主要用于以下两种目的：
1) 建立一个公共的父接口；
2) 向一个类添加数据类型；
这种情况是标记接口最初的目的，实现标记接口的类不需要定义任何接口方法(因为标记接口根本就没有方法)，但是该类通过多态性变成一个接口类型；

如何选择抽象类和接口
接口和抽象类各有优缺点，在接口和抽象类的选择上，必须遵守这样一个原则：
1) 行为模型应该总是通过接口而不是抽象类定义，所以通常是优先选用接口，尽量少用抽象类；
2) 选择抽象类的时候通常是如下情况：需要定义子类的行为，又要为子类提供通用的功能；

例子：