1. 接口

1.1 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。

1.2 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.

1.3 接口使用

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();
    }
}

1.4 接口特性

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,不能有构造方法
    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。

1.5 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".

inerface 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.

例如, 现在实现一个方法, 叫 "散步"

    public static void walk(IRunning running) {
        System.out.println("我带着伙伴去散步");
        running.run();
    }

在这个 walk 方法内部, 我们并不关注到底是哪种动物, 只要参数是会跑的, 就行

    public static void walk(IRunning running) {
        System.out.println("我带着伙伴去散步");
        running.run();
    }
    Cat cat = new Cat("小猫");
    walk(cat);
    Frog frog = new Frog("小青蛙");
    walk(frog);
// 执行结果
//我带着伙伴去散步
//小猫正在用四条腿跑
//我带着伙伴去散步
//小青蛙正在往前跳

甚至参数可以不是 "动物", 只要会跑!

class Robot implements IRunning {
    private String name;
    public Robot(String name) {
        this.name = name;
    } 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + "正在用轮子跑");
    }
}
Robot robot = new Robot("机器人");
walk(robot);
// 执行结果
//机器人正在用轮子跑

1.6 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.

1.7 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]]

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

浅拷贝 VS 深拷贝
Cloneable 拷贝出的对象是一份 "浅拷贝"
观察以下代码:

class Money {
    public double m = 99.99;
}
class Person implements Cloneable{
    public Money money = new Money();
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
public class TestDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Person person1 = new Person();
        Person person2 = (Person) person.clone();
        System.out.println("通过person2修改前的结果");
        System.out.println(person1.money.m);
        System.out.println(person2.money.m);
        person2.money.m = 13.6;
        System.out.println("通过person2修改后的结果");
        System.out.println(person1.money.m);
        System.out.println(person2.money.m);
    }
}
// 执行结果
        通过person2修改前的结果
        99.99
        99.99
        通过person2修改后的结果
        13.6
        13.6

如上代码，我们可以看到，通过clone，我们只是拷贝了Person对象。但是Person对象中的Money对象，并没有拷贝。通过person2这个引用修改了m的值后，person1这个引用访问m的时候，值也发生了改变。这里就是发生了浅拷贝。那么同学们想一下如何实现深拷贝呢？

1.8 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.

2. Object类

Object是Java默认提供的一个类。Java里面除了Object类，所有的类都是存在继承关系的。默认会继承Object父类。即所有类的对象都可以使用Object的引用进行接收。

范例：使用Object接收所有类的对象

class Person{}
class Student{}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        function(new Person());
        function(new Student());
    }
    public static void function(Object obj) {
        System.out.println(obj);
    }
}
//执行结果：
        Person@1b6d3586
        Student@4554617c

所以在开发之中，Object类是参数的最高统一类型。但是Object类也存在有定义好的一些方法。如下：

对于整个Object类中的方法需要实现全部掌握。

本小节当中，我们主要来熟悉这几个方法：toString()方法，equals()方法，hashcode()方法

2.2 获取对象信息

如果要打印对象中的内容，可以直接重写Object类中的toString()方法。

    // Object类中的toString()方法实现：
    public String toString() {
        return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
    }

2.3 对象比较equals方法

在Java中，==进行比较时：

a.如果==左右两侧是基本类型变量，比较的是变量中值是否相同

b.如果==左右两侧是引用类型变量，比较的是引用变量地址是否相同

c.如果要比较对象中内容，必须重写Object中的equals方法，因为equals方法默认也是按照地址比较的：

// Object类中的equals方法
public boolean equals(Object obj) {
        return (this == obj); // 使用引用中的地址直接来进行比较
}

class Person{
    private String name ;
    private int age ;
    public Person(String name, int age) {
        this.age = age ;
        this.name = name ;
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("gaobo", 20) ;
        Person p2 = new Person("gaobo", 20) ;
        int a = 10;
        int b = 10;
        System.out.println(a == b); // 输出true
        System.out.println(p1 == p2); // 输出false
        System.out.println(p1.equals(p2)); // 输出false
    }
}

Person类重写equals方法后，然后比较：

class Person{
...
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj == null) {
            return false ;
        } if(
                this == obj) {
            return true ;
        }
        // 不是Person类对象
        if (!(obj instanceof Person)) {
            return false ;
        }
        Person person = (Person) obj ; // 向下转型，比较属性值
        return this.name.equals(person.name) && this.age==person.age ;
    }
}

结论：比较对象中内容是否相同的时候，一定要重写equals方法。

2.4 hashcode方法

回忆刚刚的toString方法的源码：

    public String toString() {
        return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
    }

我们看到了hashCode()这个方法，他帮我算了一个具体的对象位置，这里面涉及数据结构，但是我们还没学数据结构，没法讲述，所以我们只能说它是个内存地址。然后调用Integer.toHexString()方法，将这个地址以16进制输出。

hashcode方法源码：

public native int hashCode();

该方法是一个native方法，底层是由C/C++代码写的。我们看不到。

我们认为两个名字相同，年龄相同的对象，将存储在同一个位置，如果不重写hashcode()方法，我们可以来看示例

代码：

class Person {
    public String name;
    public int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}
public class TestDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Person per1 = new Person("gaobo", 20) ;
        Person per2 = new Person("gaobo", 20) ;
        System.out.println(per1.hashCode());
        System.out.println(per2.hashCode());
    }
} 
//执行结果
        460141958
        1163157884

注意事项：两个对象的hash值不一样。

像重写equals方法一样，我们也可以重写hashcode()方法。此时我们再来看看

class Person {
    public String name;
    public int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}
public class TestDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Person per1 = new Person("gaobo", 20) ;
        Person per2 = new Person("gaobo", 20) ;
        System.out.println(per1.hashCode());
        System.out.println(per2.hashCode());
    }
} 
//执行结果
        460141958
        460141958

注意事项：哈希值一样。

结论：

1、hashcode方法用来确定对象在内存中存储的位置是否相同
2、事实上hashCode() 在散列表中才有用，在其它情况下没用。在散列表中hashCode() 的作用是获取对象的散列码，进而确定该对象在散列表中的位置。

12.Java之接口