【设计模式新解】：Java接口默认方法开辟的新选择

# 1. Java接口默认方法简介

Java接口默认方法的概念，也被称为扩展方法，首次出现在Java 8版本中。它允许在接口中直接实现方法，而不必为每个接口定义一个实现类。这一变革极大地扩展了Java语言的接口概念，为多继承难题提供了一个优雅的解决方案。通过默认方法，我们不仅可以提供方法的实现，还能在不破坏现有代码的前提下，向接口中增加新的功能。这种方式为Java开发带来了更高的灵活性和扩展性。本章将简要介绍Java接口默认方法的基本概念，并为后续章节的深入分析打下基础。

# 2. 接口默认方法的理论基础

### 2.1 Java接口的传统设计回顾

#### 2.1.1 单一职责原则与接口设计

在Java早期版本中，接口的设计遵循单一职责原则。这意味着一个接口通常只定义一种类型的操作。这种设计哲学源于面向对象编程（OOP）的基本原则，强调了高内聚与低耦合的重要性。接口中的方法签名不包含任何实现细节，只是简单地声明了接口可以做什么。

然而，随着软件工程的发展，我们发现单一职责原则在某些情况下会导致类结构的复杂性增加。例如，如果两个接口共享一组方法签名，那么实现这两个接口的类需要重复实现相同的方法，这不仅增加了代码的冗余，还降低了代码的可维护性。

// 示例代码展示传统接口设计
interface Flyable {
    void fly();
}

interface Swimmable {
    void swim();
}

class Duck implements Flyable, Swimmable {
    @Override
    public void fly() {
        // 实现细节
    }

    @Override
    public void swim() {
        // 实现细节
    }
}

在上述代码中，如果`Flyable`和`Swimmable`接口需要新增一些共通的方法签名，那么`Duck`类就需要在实现这些接口的同时重复实现这些方法，这显然是不合理的。这种情况就催生了对接口默认方法的需求，以减少代码冗余并增强接口的复用性。

#### 2.1.2 抽象类与接口的区别

在探讨接口默认方法之前，我们需要区分一下Java中的两个概念：抽象类和接口。

- **抽象类**可以包含具体的方法实现和实例变量，它提供了一种部分实现的方式来表示类的层次结构。一个类可以继承一个抽象类并实现接口，但只能继承一个抽象类。
- **接口**则不同，它只能包含方法签名、常量、默认方法和静态方法。接口被设计成用来定义对象的类型，表示“可以做某事”，而不提供“如何做”的具体实现。

接口的引入是为了实现多重继承的某些特性，同时避免了抽象类由于继承带来的复杂性。Java 8 引入的默认方法特性，使得接口也可以拥有一些基本的实现，但它们仍然不能包含实例变量。这一变化为接口的设计提供了更大的灵活性。

// 抽象类与接口的区别示例代码
abstract class Animal {
    String name;

    void eat() {
        System.out.println(name + " is eating.");
    }
}

interface Flyable {
    void fly();
}

class Bird extends Animal implements Flyable {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println(name + " is flying.");
    }
}

上述代码表明了一个抽象类和接口的典型使用场景。`Animal`是一个抽象类，它提供了一个共通的`eat`方法实现；`Flyable`是一个接口，它声明了一个`fly`方法。`Bird`类通过继承`Animal`和实现`Flyable`接口，复用了`Animal`类中的方法并实现了接口所定义的职责。

### 2.2 接口默认方法的引入动机

#### 2.2.1 解决类继承中的“僵局”

在Java的继承体系中，当一个类需要继承一个抽象类的同时，还想要实现多个接口时，常常会遇到“僵局”。因为接口与抽象类不能同时被继承，这就限制了我们利用继承的灵活性。

为了解决这个问题，Java 8 引入了接口默认方法特性。通过允许在接口中添加具体的方法实现，一个类可以实现多个接口，并且不需要实现接口中的所有方法。这样的设计极大地提高了编程的灵活性和代码的复用性。

#### 2.2.2 提升代码的复用性和扩展性

接口默认方法提供了一种机制，允许在不破坏现有接口契约的前提下，向接口添加新的方法。这使得那些已经广泛使用的接口，可以在不需要对现有实现进行大量修改的情况下，增加新的功能。

例如，假设有一个`Collection`接口和它的众多实现类，如`ArrayList`和`LinkedList`。如果将来需要向`Collection`接口添加一个新方法，直接添加将导致所有的实现类都必须提供该方法的具体实现，这无疑是一场巨大的“浩劫”。但有了默认方法，可以向接口中添加新方法的同时提供默认实现，使得现有实现类可以不用修改代码。

### 2.3 接口默认方法的技术细节

#### 2.3.1 语法和实现规则

接口默认方法的引入，不仅增加了Java语言的表达能力，也给开发人员带来了新的设计选择。在语法层面，接口默认方法的声明非常直观：

interface Defaultable {
    // 抽象方法
    String notDefaultable();

    // 默认方法
    default void defaultMethod() {
        System.out.println("This is a default method in interface.");
    }
}

在上述代码中，`defaultMethod`是一个带有默认实现的接口方法，任何实现了`Defaultable`接口的类都可以选择是否覆盖这个默认实现。

实现接口默认方法的规则如下：
- **强制覆盖**：当一个接口方法声明为`abstract`时，实现该接口的类必须提供具体的实现。
- **可选择性覆盖**：如果一个接口方法声明为`default`，实现类可以选择性地覆盖该方法，如果不覆盖，就会使用接口提供的默认实现。
- **覆盖规则**：如果一个类继承了父类并且实现了接口，父类中如果有与接口默认方法签名相同的方法（不包括默认实现），那么优先使用父类方法。否则，接口的默认方法会被使用。

#### 2.3.2 默认方法与抽象方法的关系

在Java接口中，抽象方法和默认方法有着明显的区别。抽象方法代表了一种抽象的契约，它要求实现它的类必须提供具体实现，否则这个类也会被视为抽象类。而默认方法则提供了一个可选的实现，实现类可以使用默认实现，也可以根据需要提供自己的实现。

从语言设计的角度来看，抽象方法是接口的核心，而默认方法则是对语言表达力的一种扩展。它们之间的关系可以理解为是“契约”与“便利”的关系。抽象方法定义了接口的职责，而默认方法则为实现类提供了便利，同时保证了向后兼容。

在具体的编程实践中，合理的使用抽象方法与默认方法可以让我们的接口设计更加灵活和强大。抽象方法让我们对接口的实现者有更严格的要求，保证了接口职责的纯度；而默认方法则允许我们在不破坏现有实现的前提下扩展接口的功能。

# 3. 接口默认方法的实现与应用

## 实现接口默认方法的步骤

### 定义接口和默认方法

在Java中，接口默认方法可以通过在接口中提供方法的实现来定义。这允许在不破坏现有代码的情况下，向接口添加新的方法。默认方法的实现使用 `default` 关键字标记。

public interface Vehicle {
    default void start() {
        System.out.println("车辆启动了");
    }
}

在这段代码中，`Vehicle` 接口定义了一个 `start()` 方法，并提供了一个默认实现。默认方法的具体实现写在接口的方法体内，这与类中定义方法的方式相似。

### 子类中覆盖默认方法的规则

当一个类实现了一个接口，并且该接口包含一个默认方法时，这个类可以选择覆盖这个默认方法。覆盖默认方法非常简单，只需要像常规方法一样在类中定义一个新的方法即可。

public class Car implements Vehicle {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("汽车特有的启动方式");
    }
}

在这里，`Car` 类覆