程序的与时俱进之一——面向接口编程

马克思曾说，运动是物质固有的根本属性，是一切物质形态的存在方式。万事万物无不在运动之中。一个好的程序不但需要经受bug的考验，还得经受时间的冲刷。那些不能够随时代而更迭的程序，无一不被时代淘汰，成为历史。

既然时代在交替，而程序在设计结束之时就完成了，那我们怎么让程序做到与时俱进呢？有一条不得不说的原则：“开放-关闭原则”（注：意为对扩展开放，对修改关闭）。要让程序能够符合这一原则，面向接口编程这一概念就呼之欲出了。

接口（英文：Interface），在JAVA编程语言中是一个抽象类型，是抽象方法的集合，接口通常以interface来声明。一个类通过继承接口的方式，从而来继承接口的抽象方法。

如同每台电脑有USB接口、充电器接口等等不同接口。同一个接口，接入的设备不同则对应的功能不同。JAVA的接口也是如此，如果我们开放了接口，程序的可拓展新就能够得到满足。举个例子：同样的“读”、“写”功能，或许U盘和MP3Player的不同，但只要它们继承了接口来重写方法，则最终在电脑里调用时都是调用read()、write()。

下面用一个例子来具体说明：

假设:现在我们要开发一个应用，模拟不同类型货车的装货与卸货。

上下文（环境）：已知要实现轻型卡车（下面简称轻卡）、重型卡车（下面简称重卡）、火车三种运货设备，要求工厂能同这三种货车进行物资的装载或者卸载，并且以后可能会有新的运货机器出现，所以工厂能够装货的车型必须有扩展性，能与目前未知而以后可能会出现的货车进行物资交换。各种货车间上货、下货的实现方法不同，轻卡和重卡只有这两个方法，火车还有一个车厢分离（假设为Separating()）方法。

名词定义：数据交换={装，卸}

解决方案列举

方案一：分别定义LightTruck、HeavyTruck、Train三个类，实现各自的Load()和UnLoad()方法。然后在Factory类中实例化上述三个类，为每个类分别写装，卸方法。例如，为LightTruck写Load、UnLoad两个方法。总共六个方法。

方案二：定义抽象类Trunk，在里面写虚方法Load和UnLoad，三个货运设备继承此抽象类，并重写Load和UnLoad方法。Factory类中包含一个类型为Car的成员变量，并为其编写get/set器，这样Factory中只需要两个方法：Loading_cargo和Unloading_cargo，并通过多态性实现不同移动设备的读写。

方案三：与方案二基本相同，只是不定义抽象类，而是定义接口ITrunk，三个货运类实现此接口。Factory中通过依赖接口ITrunk实现多态性。

下面，我们来分析一下以上四种方案：

　　首先，方案一最容易想到和实现，but它有一个致命的弱点：可扩展性差。当将来时代变迁了，有了新的货运设备时，必须对Factory进行修改。这就如在一个真实的工厂里，为每一种货运设备修一块各自的停车场、并分别有各自的管理设施。当有了一种新的货运设备后，我们就要将原来的场地全部拆除重新划分，再给新的货运设备一块场地。这种设计显然不可取。

　　此方案的另一个缺点在于，冗余代码多。如果有100种货运设备，那我们的Factory类中岂不是要至少写200个方法？ It's Unacceptable.

　　再看方案二和方案三，他们基本是一个方案，只不过实现手段不同，一个是使用了抽象类，一个是使用了接口，而且最终达到的目的应该是一样的。

　　首先很明显的是：它解决了代码冗余的问题。因为可以动态替换货运方式，并且都实现了共同的接口，所以不管有多少种货运方式，只要一个Load方法和一个Unload方法，多态性就帮我们解决问题了。而对第一个问题，由于可以运行时动态替换，所以有了新的设备时，完全可以替换进去运行。这就是所谓的“依赖接口，而不是依赖与具体类”，不信你看看，Factory类只有一个Trunk类型或ITrunk类型的成员变量，至于这个变量具体是什么类型，它并不知道，这取决于我们在运行时给这个变量的赋值。如此一来，Factory和Trunk类的耦合度大大下降。

　　那么这里该选抽象类还是接口呢？看动机。这里，我们的动机显然是实现多态性而不是为了代码复用，所以当然要用接口。

所以，我们选择方案三来实现：

首先编写ITrunk接口：

public interface ITrunk {void Load();        //装货void Unload();    //卸货
}

然后是三种交通工具的类，都继承ITrunk接口，并重写Load()和Unload()：

public class LightTruck implements ITrunk{public void Load() {System.out.println("Load to LightTruck");System.out.println("Load finished!");}public void Unload() {System.out.println("Unload from LightTruck");System.out.println("Unload finished!");      }   }

public class HeavyTruck implements ITrunk{public void Load() {System.out.println("Load to HeavyTruck");System.out.println("Load finished!");}public void Unload() {System.out.println("Unload from HeavyTruck");System.out.println("Unload finished!");      }
}

public class Train implements ITrunk{public void Load() {System.out.println("Load to Train");System.out.println("Load finished!");}public void Unload() {System.out.println("Unload from Train");System.out.println("Unload finished!");     }   //车厢分离public void Separating(){System.out.println("The carriage is separating.");}
}

下面来写Factory类：

public class Factory {private ITrunk  trunk;public Factory() {this.trunk = null;}public Factory(ITrunk trunk) {this.trunk = trunk;}public ITrunk getTrunk() {return trunk;}//设置用何种交通工具public void setTrunk(ITrunk trunk) {this.trunk = trunk;}//工厂类实现装货public void Loading_cargo(){this.trunk.Load();}//工厂类实现卸货public void Unloading_cargo(){this.trunk.Unload();}}

到此，所有的类就写完了。结果对不对呢？我们再写一个Test类来检验一下：

public class Test {public static void main(String args[]){Factory myfac = new Factory();ITrunk  mytunk1 = new LightTruck();ITrunk  mytunk2 = new HeavyTruck();ITrunk  mytunk3 = new Train();//用三种货车来运输System.out.println("1.use LightTruck:");myfac.setTrunk(mytunk1);myfac.Loading_cargo();System.out.println("=================");System.out.println("2.use HeavyTruck:");myfac.setTrunk(mytunk2);myfac.Loading_cargo();System.out.println("=================");System.out.println("3.use Train:");myfac.setTrunk(mytunk3);myfac.Loading_cargo();System.out.println("=================");}
}

运行结果如下：

可见，结果完全符合预期。如果按照面向接口编程的思路来写程序，则程序的多态性和可扩展性都将变得容易操作。

然而，在java中还有一种机制能实现不断扩展程序的功能，更好的实现与时俱进，名唤“反射”。反射顾名思义，就如同一面镜子，它将当前已经有的类照下来，并复制一份作为副本，这个过程我们可以得到原有类的构造器及参数，得到原有类的方法，我们可以操作这个类去实现新的功能，让它成为一个新的类。

详情请看下一篇文章，程序的与时俱进之二——JAVA的反射机制。

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