面向对象 - 抽象类：子类复用的基石 - 《Java 程序员进阶之路》

抽象类

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“二哥，你这明显加快了更新的频率呀！”三妹对于我最近的肝劲由衷的佩服了起来。

“哈哈，是呀，这次不能再断更了，我要再更 175 篇，总计 200 篇，给广大的学弟学妹们一个完整的 Java 学习体系。”我对未来充满了信心。

“那就开始吧。”三妹说。

定义抽象类的时候需要用到关键字 abstract，放在 class 关键字前，就像下面这样。

abstract class AbstractPlayer {
}

关于抽象类的命名，《阿里的 Java 开发手册》上有强调，“抽象类命名要使用 Abstract 或 Base 开头”，这条规约还是值得遵守的。

抽象类是不能实例化的，尝试通过 new 关键字实例化的话，编译器会报错，提示“类是抽象的，不能实例化”。

虽然抽象类不能实例化，但可以有子类。子类通过 extends 关键字来继承抽象类。就像下面这样。

public class BasketballPlayer extends AbstractPlayer {
}

如果一个类定义了一个或多个抽象方法，那么这个类必须是抽象类。

当我们尝试在一个普通类中定义抽象方法的时候，编译器会有两处错误提示。第一处在类级别上，提示“这个类必须通过 abstract 关键字定义”，见下图。

第二处在尝试定义 abstract 的方法上，提示“抽象方法所在的类不是抽象的”，见下图。

抽象类中既可以定义抽象方法，也可以定义普通方法，就像下面这样：

public abstract class AbstractPlayer {
    abstract void play();
    public void sleep() {
        System.out.println("运动员也要休息而不是挑战极限");
    }
}

抽象类派生的子类必须实现父类中定义的抽象方法。比如说，抽象类 AbstractPlayer 中定义了 play() 方法，子类 BasketballPlayer 中就必须实现。

public class BasketballPlayer extends AbstractPlayer {
    @Override
    void play() {
        System.out.println("我是张伯伦，篮球场上得过 100 分");
    }
}

如果没有实现的话，编译器会提示“子类必须实现抽象方法”，见下图。

“二哥，抽象方法我明白了，那什么时候使用抽象方法呢？能给我讲讲它的应用场景吗？”三妹及时的插话道。

“这问题问的恰到好处呀！”我扶了扶眼镜继续说。

第一种场景。

当我们希望一些通用的功能被多个子类复用的时候，就可以使用抽象类。比如说，AbstractPlayer 抽象类中有一个普通的方法 sleep()，表明所有运动员都需要休息，那么这个方法就可以被子类复用。

abstract class AbstractPlayer {
    public void sleep() {
        System.out.println("运动员也要休息而不是挑战极限");
    }
}

子类 BasketballPlayer 继承了 AbstractPlayer 类：

class BasketballPlayer extends AbstractPlayer {
}

也就拥有了 sleep() 方法。BasketballPlayer 的对象可以直接调用父类的 sleep() 方法：

BasketballPlayer basketballPlayer = new BasketballPlayer();
basketballPlayer.sleep();

子类 FootballPlayer 继承了 AbstractPlayer 类：

class FootballPlayer extends AbstractPlayer {
}

也拥有了 sleep() 方法，FootballPlayer 的对象也可以直接调用父类的 sleep() 方法：

FootballPlayer footballPlayer = new FootballPlayer();
footballPlayer.sleep();

这样是不是就实现了代码的复用呢？

第二种场景。

当我们需要在抽象类中定义好 API，然后在子类中扩展实现的时候就可以使用抽象类。比如说，AbstractPlayer 抽象类中定义了一个抽象方法 play()，表明所有运动员都可以从事某项运动，但需要对应子类去扩展实现，表明篮球运动员打篮球，足球运动员踢足球。

abstract class AbstractPlayer {
    abstract void play();
}

BasketballPlayer 继承了 AbstractPlayer 类，扩展实现了自己的 play() 方法。

public class BasketballPlayer extends AbstractPlayer {
    @Override
    void play() {
        System.out.println("我是张伯伦，我篮球场上得过 100 分，");
    }
}

FootballPlayer 继承了 AbstractPlayer 类，扩展实现了自己的 play() 方法。

public class FootballPlayer extends AbstractPlayer {
    @Override
    void play() {
        System.out.println("我是C罗，我能接住任意高度的头球");
    }
}

为了进一步展示抽象类的特性，我们再来看一个具体的示例。假设现在有一个文件，里面的内容非常简单，只有一个“Hello World”，现在需要有一个读取器将内容从文件中读取出来，最好能按照大写的方式，或者小写的方式来读。

这时候，最好定义一个抽象类 BaseFileReader：

abstract class BaseFileReader {
    protected Path filePath;
    protected BaseFileReader(Path filePath) {
        this.filePath = filePath;
    }
    public List<String> readFile() throws IOException {
        return Files.lines(filePath)
                .map(this::mapFileLine).collect(Collectors.toList());
    }
    protected abstract String mapFileLine(String line);
}

filePath 为文件路径，使用 protected 修饰，表明该成员变量可以在需要时被子类访问到。
readFile() 方法用来读取文件，方法体里面调用了抽象方法 mapFileLine()——需要子类来扩展实现大小写的不同读取方式。

在我看来，BaseFileReader 类设计的就非常合理，并且易于扩展，子类只需要专注于具体的大小写实现方式就可以了。

小写的方式：

class LowercaseFileReader extends BaseFileReader {
    protected LowercaseFileReader(Path filePath) {
        super(filePath);
    }
    @Override
    protected String mapFileLine(String line) {
        return line.toLowerCase();
    }
}

大写的方式：

class UppercaseFileReader extends BaseFileReader {
    protected UppercaseFileReader(Path filePath) {
        super(filePath);
    }
    @Override
    protected String mapFileLine(String line) {
        return line.toUpperCase();
    }
}

从文件里面一行一行读取内容的代码被子类复用了。与此同时，子类只需要专注于自己该做的工作，LowercaseFileReader 以小写的方式读取文件内容，UppercaseFileReader 以大写的方式读取文件内容。

来看一下测试类 FileReaderTest：

public class FileReaderTest {
    public static void main(String[] args) throws URISyntaxException, IOException {
        URL location = FileReaderTest.class.getClassLoader().getResource("helloworld.txt");
        Path path = Paths.get(location.toURI());
        BaseFileReader lowercaseFileReader = new LowercaseFileReader(path);
        BaseFileReader uppercaseFileReader = new UppercaseFileReader(path);
        System.out.println(lowercaseFileReader.readFile());
        System.out.println(uppercaseFileReader.readFile());
    }
}

在项目的 resource 目录下建一个文本文件，名字叫 helloworld.txt，里面的内容就是“Hello World”。文件的具体位置如下图所示，我用的集成开发环境是 Intellij IDEA。

在 resource 目录下的文件可以通过 ClassLoader.getResource() 的方式获取到 URI 路径，然后就可以取到文本内容了。

输出结果如下所示：

[hello world]
[HELLO WORLD]

“完了吗？二哥”三妹似乎还沉浸在聆听教诲的快乐中。

“是滴，这次我们系统化的学习了抽象类，可以说面面俱到了。三妹你可以把代码敲一遍，加强了一些印象，电脑交给你了。”说完，我就跑到阳台去抽烟了。

“呼。。。。。”一个大大的眼圈飘散开来，又是愉快的一天~