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前言一、封装（Encapsulation）1.概念2.作用二、抽象（Abstraction）1.概念2.作用三、继承（Inheritance）1.概念2.作用四、多态（Polymorphism）1.概念2.作用接口vs抽象类总结

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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。

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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 (pareTo(BigDecimal.ZERO) < 0) {throw new IllegalArgumentException("InvalidAmountException");}this.balance.add(increasedAmount);this.balanceLastModifiedTime = System.currentTimeMillis();}public void decreaseBalance(BigDecimal decreasedAmount) {if (pareTo(BigDecimal.ZERO) < 0) {throw new IllegalArgumentException("InvalidAmountException");}if (pareTo(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...@Overridepublic void savePicture(Picture picture) {... }@Overridepublic Image getPicture(String pictureId) {... }@Overridepublic void deletePicture(String pictureId) {... }@Overridepublic 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。

三、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。

四、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 {@Overridepublic void eat() {System.out.println("cat eat fishes");}}public class Dog extends Animal {@Overridepublic 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); }@Overridepublic 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;}@Overrideprotected 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 {@Overridepublic 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 {@Overridepublic void doFilter(RpcRequest req) throws RpcException {//...限流逻辑...}}// 过滤器使用Demopublic 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，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

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总结

四大特性是设计原则及设计模式的基础。