面向对象编程的四大特性
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前言
本文通过实例总结了面向对象编程的四大特性，并对抽象类和接口进行了比较。
一、封装（Encapsulation）
1.概念
封装也叫作信息隐藏或者数据访问保护。类通过暴露有限的访问接口，授权外部仅能通过类提供的方式（或者叫函数）来访问内部信息或者数据
有一个钱包类
public class Wallet {
private String id;
private long createTime;
private BigDecimal balance;// 钱包中的余额
private long balanceLastModifiedTime;
public Wallet() {
this.id = String.valueOf(Snowflake.getDefaultInstance().nextId());
this.createTime = System.currentTimeMillis();
this.balance = BigDecimal.ZERO;
this.balanceLastModifiedTime = System.currentTimeMillis();
}
public String getId() {
return id;
}
public long getCreateTime() {
return createTime;
}
public BigDecimal getBalance() {
return balance;
}
public long getBalanceLastModifiedTime() {
return balanceLastModifiedTime;
}
public void increaseBalance(BigDecimal increasedAmount) {
if (increasedAmount.compareTo(BigDecimal.ZERO) < 0) {
throw new IllegalArgumentException("InvalidAmountException");
}
this.balance.add(increasedAmount);
this.balanceLastModifiedTime = System.currentTimeMillis();
}
public void decreaseBalance(BigDecimal decreasedAmount) {
if (decreasedAmount.compareTo(BigDecimal.ZERO) < 0) {
throw new IllegalArgumentException("InvalidAmountException");
}
if (decreasedAmount.compareTo(this.balance) > 0) {
throw new IllegalArgumentException("InsufficientAmountException");
}
this.balance.subtract(decreasedAmount);
this.balanceLastModifiedTime = System.currentTimeMillis();
}
}
从代码中，我们可以发现，Wallet 类主要有四个属性（也可以叫作成员变量）。
我们参照封装特性，对钱包的这四个属性的访问方式进行了限制。调用者只允许通过下面这六个方法来访问或者修改钱包里的数据。getId()getCreateTime()getBalance()getBalanceLastModifiedTime()increaseBalance(BigDecimal increasedAmount)decreaseBalance(BigDecimal decreasedAmount)
之所以这样设计，是因为从业务的角度来说，id、createTime 在创建钱包的时候就确定好了，之后不应该再被改动，所以，我们并没有在 Wallet 类中，暴露 id、createTime 这两个属性的任何修改方法，比如 set 方法。而且，这两个属性的初始化设置，对于 Wallet 类的调用者来说，也应该是透明的，所以，我们在 Wallet 类的构造函数内部将其初始化设置好，而不是通过构造函数的参数来外部赋值。
对于钱包余额 balance 这个属性，从业务的角度来说，只能增或者减，不会被重新设置。所以，我们在 Wallet 类中，只暴露了 increaseBalance() 和 decreaseBalance() 方法，并没有暴露 set 方法。对于 balanceLastModifiedTime 这个属性，它完全是跟 balance 这个属性的修改操作绑定在一起的。只有在 balance 修改的时候，这个属性才会被修改。所以，我们把 balanceLastModifiedTime 这个属性的修改操作完全封装在了 increaseBalance() 和 decreaseBalance() 两个方法中，不对外暴露任何修改这个属性的方法和业务细节。这样也可以保证 balance 和 balanceLastModifiedTime 两个数据的一致性。
2.作用
如果我们对类中属性的访问不做限制，那任何代码都可以访问、修改类中的属性，虽然这样看起来更加灵活，但从另一方面来说，过度灵活也意味着不可控，属性可以随意被以各种奇葩的方式修改，而且修改逻辑可能散落在代码中的各个角落，势必影响代码的可读性、可维护性。
除此之外，类仅仅通过有限的方法暴露必要的操作，也能提高类的易用性。如果我们把类属性都暴露给类的调用者，调用者想要正确地操作这些属性，就势必要对业务细节有足够的了解。而这对于调用者来说也是一种负担。相反，如果我们将属性封装起来，暴露少许的几个必要的方法给调用者使用，调用者就不需要了解太多背后的业务细节，用错的概率就减少很多
二、抽象（Abstraction）
1.概念
封装主要讲的是如何隐藏信息、保护数据，而抽象讲的是如何隐藏方法的具体实现，让调用者只需要关心方法提供了哪些功能，并不需要知道这些功能是如何实现的。
java开发中我们常用interface和abstract这两种语法机制实现抽象。
public interface IPictureStorage {
void savePicture(Picture picture);
Image getPicture(String pictureId);
void deletePicture(String pictureId);
void modifyMetaInfo(String pictureId, PictureMetaInfo metaInfo);
}
public class PictureStorage implements IPictureStorage {
// ...省略其他属性...
@Override
public void savePicture(Picture picture) { ... }
@Override
public Image getPicture(String pictureId) { ... }
@Override
public void deletePicture(String pictureId) { ... }
@Override
public void modifyMetaInfo(String pictureId, PictureMetaInfo metaInfo) { ... }
}
在上面的这段代码中，调用者在使用图片存储功能的时候，只需要了解 IPictureStorage这个接口类暴露了哪些方法就可以了，不需要去查看 PictureStorage 类里的具体实现逻辑。
实际上PictureStorage类本身就是一种抽象。因为该类中有函数，函数包裹了具体的实现逻辑。单看函数名也可知道功能，本身就是抽象。
2.作用
很多设计原则都体现了抽象这种设计思想，比如基于接口而非实现编程、开闭原则（对扩展开放、对修改关闭）、代码解耦（降低代码的耦合性）等
我们在定义（或者叫命名）类的方法的时候，也要有抽象思维，不要在方法定义中，暴露太多的实现细节，以保证在某个时间点需要改变方法的实现逻辑的时候，不用去修改其定义。
比如 getAliyunPictureUrl() 就不是一个具有抽象思维的命名，因为某一天如果我们不再把图片存储在阿里云上，而是存储在私有云上，那这个命名也要随之被修改。相反，如果我们定义一个比较抽象的函数，比如叫作 getPictureUrl()，那即便内部存储方式修改了，我们也不需要修改命名。
继承（Inheritance）
1.概念
继承是用来表示类之间的 is-a 关系，比如猫是一种哺乳动物。Java 使用 extends 关键字来实现继承
2.作用
继承最大的一个好处就是代码复用。假如两个类有一些相同的属性和方法，我们就可以将这些相同的部分，抽取到父类中，让两个子类继承父类。这样，两个子类就可以重用父类中的代码，避免代码重复写多遍。不过，这一点也并不是继承所独有的，我们也可以通过其他方式来解决这个代码复用的问题，比如利用组合关系而不是继承关系。
多态（Polymorphism）
1.概念
多态是指，子类可以替换父类，在实际的代码运行过程中，调用子类的方法实现。
public abstract class Animal {
public abstract void eat();
}
public class Cat extends Animal {
@Override
public void eat() {
System.out.println("cat eat fishes");
}
}
public class Dog extends Animal {
@Override
public void eat() {
System.out.println("dog eat bone ");
}
}
class Example{
public static void test(Animal animal){
animal.eat();
}
public static void main(String[] args) {
Animal a1 = new Cat();
test(a1);
Animal a2 = new Dog();
test(a2);
}
}
在上面的例子中，我们用到了三个语法机制来实现多态。
- 编程语言要支持父类对象可以引用子类对象，也就是可以将
Cat传递给Animal - 编程语言要支持继承，也就是
Cat继承了Animal，才能将Cat传递给Animal。 - 编程语言要支持子类可以重写（override）父类中的方法，也就是
Cat重写了Animal中的eat()方法。
还可以用接口实现多态。
2.作用
多态特性能提高代码的可扩展性和复用性。
上面的类型，如果要增加一种动物类型，那就直接继承Animal,实现自己的eat方法，完全不用改动其他地方的代码。多态提高了代码的可扩展性。
除此之外，多态也是很多设计模式、设计原则、编程技巧的代码实现基础，比如策略模式、基于接口而非实现编程、依赖倒置原则、里式替换原则、利用多态去掉冗长的 if-else 语句等等。
接口vs抽象类
// 抽象类
public abstract class Logger {
private String name;
private boolean enabled;
private Level minPermittedLevel;
public Logger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel) {
this.name = name;
this.enabled = enabled;
this.minPermittedLevel = minPermittedLevel;
}
public void log(Level level, String message) {
boolean loggable = enabled && (minPermittedLevel.intValue() <= level.intValue());
if (!loggable) return;
doLog(level, message);
}
protected abstract void doLog(Level level, String message);
}
// 抽象类的子类：输出日志到文件
public class FileLogger extends Logger {
private Writer fileWriter;
public FileLogger(String name, boolean enabled,
Level minPermittedLevel, String filepath) {
super(name, enabled, minPermittedLevel);
this.fileWriter = new FileWriter(filepath);
}
@Override
public void doLog(Level level, String mesage) {
// 格式化level和message,输出到日志文件
fileWriter.write(...);
}
}
// 抽象类的子类: 输出日志到消息中间件(比如kafka)
public class MessageQueueLogger extends Logger {
private MessageQueueClient msgQueueClient;
public MessageQueueLogger(String name, boolean enabled,
Level minPermittedLevel, MessageQueueClient msgQueueClient) {
super(name, enabled, minPermittedLevel);
this.msgQueueClient = msgQueueClient;
}
@Override
protected void doLog(Level level, String mesage) {
// 格式化level和message,输出到消息中间件
msgQueueClient.send(...);
}
}
通过上面例子总结抽象类特点：
- 抽象类不允许被实例化，只能被继承
- 抽象类可以包含属性和方法。方法既可以包含代码实现（比如
Logger中的log()方法），也可以不包含代码实现（比如Logger中的doLog()方法）。不包含代码实现的方法叫作抽象方法。 - 子类继承抽象类，必须实现抽象类中的所有抽象方法。
下面看接口
// 接口
public interface Filter {
void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException;
}
// 接口实现类：鉴权过滤器
public class AuthencationFilter implements Filter {
@Override
public void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {
//...鉴权逻辑..
}
}
// 接口实现类：限流过滤器
public class RateLimitFilter implements Filter {
@Override
public void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {
//...限流逻辑...
}
}
// 过滤器使用Demo
public class Application {
// filters.add(new AuthencationFilter());
// filters.add(new RateLimitFilter());
private List<Filter> filters = new ArrayList<>();
public void handleRpcRequest(RpcRequest req) {
try {
for (Filter filter : filters) {
filter.doFilter(req);
}
} catch(RpcException e) {
// ...处理过滤结果...
}
// ...省略其他处理逻辑...
}
}
AuthencationFilter 和 RateLimitFilter 是接口的两个实现类，分别实现了对 RPC 请求鉴权和限流的过滤功能。
jkd8以后，接口中既可以包含成员变量，也可以有默认方法跟静态方法，这样接口跟抽象类在java中的语法特点基本一致。这里主要从抽象类跟接口所要解决的问题出发，看两者的主要区别是什么。
抽象类的作用
抽象类不能实例化，只能被继承。而继承能解决代码复用的问题。所以，抽象类也是为代码复用而生的。但是继承不一定要求是抽象类，普通类也可以达到继承的目的。下面通过改造上面的例子，比较普通类跟抽象类的区别
// 父类：非抽象类，就是普通的类. 删除了log(),doLog()，新增了isLoggable().
public class Logger {
private String name;
private boolean enabled;
private Level minPermittedLevel;
public Logger(String name, boolean enabled, Level minPermittedLevel) {
//...构造函数不变，代码省略...
}
protected boolean isLoggable() {
boolean loggable = enabled && (minPermittedLevel.intValue() <= level.intValue());
return loggable;
}
}
// 子类：输出日志到文件
public class FileLogger extends Logger {
private Writer fileWriter;
public FileLogger(String name, boolean enabled,
Level minPermittedLevel, String filepath) {
//...构造函数不变，代码省略...
}
public void log(Level level, String mesage) {
if (!isLoggable()) return;
// 格式化level和message,输出到日志文件
fileWriter.write(...);
}
}
// 子类: 输出日志到消息中间件(比如kafka)
public class MessageQueueLogger extends Logger {
private MessageQueueClient msgQueueClient;
public MessageQueueLogger(String name, boolean enabled,
Level minPermittedLevel, MessageQueueClient msgQueueClient) {
//...构造函数不变，代码省略...
}
public void log(Level level, String mesage) {
if (!isLoggable()) return;
// 格式化level和message,输出到消息中间件
msgQueueClient.send(...);
}
}
这个设计思路虽然达到了代码复用的目的，但是无法使用多态特性了。像下面这样编写代码，就会出现编译错误，因为 Logger 中并没有定义 log() 方法。
Logger logger = new FileLogger("access-log", true, Level.WARN, "/users/wangzheng/access.log");
logger.log(Level.ERROR, "This is a test log message.");
虽然可以在Logger 父类中，定义一个空的 log(),但是显然没有抽象类来的优雅：
- 在
Logger中定义一个空的方法，会影响代码的可读性，对一个空log()方法疑惑 - 当创建一个新的子类继承
Logger父类的时候，我们有可能会忘记重新实现log()方法 -
Logger可以被实例化，换句话说，我们可以 new 一个 Logger 出来，并且调用空的log()方法。这也增加了类被误用的风险。
接口的作用
抽象类更多的是为了代码复用，而接口就更侧重于解耦。接口是对行为的一种抽象，相当于一组协议或者契约，你可以联想类比一下 API 接口。调用者只需要关注抽象的接口，不需要了解具体的实现，具体的实现代码对调用者透明。
实际上，接口是一个比抽象类应用更加广泛、更加重要的知识点。比如，我们经常提到的“基于接口而非实现编程”，就是一条几乎天天会用到，并且能极大地提高代码的灵活性、扩展性的设计思想。
小结：如果要表示一种 is-a 的关系，并且是为了解决代码复用问题，我们就用抽象类；如果要表示一种 has-a 关系，并且是为了解决抽象而非代码复用问题，那我们就用接口
总结
四大特性是设计原则及设计模式的基础。
本文地址：https://blog.csdn.net/weixin_42612223/article/details/113967255
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