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。

二.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.

三.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();
     //区分usb到底引用了哪个对象
        if(usb instanceof Mouse){
            Mouse mouse = (Mouse)usb;//强转，向下转型
            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();
   }
}

四.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，有例外，见第9点


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，定义的时候必须初始化，以后定义的时候可以省略public static ﬁnal


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方法和static方法，它们是可以有具体的实现的。

五.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。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


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

六.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.

七.接口使用实例

1.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]]

八.Clonable 接口和深拷贝

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


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。

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