Warum wurden Schnittstellen in Java 8 Standardmethoden und statische Methoden hinzugefügt, als wir bereits abstrakte Klassen hatten?

In Java 8 können Schnittstellen implementierte Methoden, statische Methoden und sogenannte "Standard" -Methoden enthalten (die von den implementierenden Klassen nicht überschrieben werden müssen).

Aus meiner (wahrscheinlich naiven) Sicht bestand keine Notwendigkeit, solche Schnittstellen zu verletzen. Schnittstellen waren schon immer ein Vertrag, den Sie erfüllen müssen, und dies ist ein sehr einfaches und reines Konzept. Jetzt ist es eine Mischung aus mehreren Dingen. Meiner Meinung nach:

1. statische Methoden gehören nicht zu Schnittstellen. Sie gehören zu den Gebrauchsklassen.
2. "Standard" -Methoden sollten in Interfaces überhaupt nicht erlaubt sein. Zu diesem Zweck können Sie immer eine abstrakte Klasse verwenden.

Zusamenfassend:

Vor Java 8:

• Sie können abstrakte und reguläre Klassen verwenden, um statische und Standardmethoden bereitzustellen. Die Rolle der Schnittstellen ist klar.
• Alle Methoden in einer Schnittstelle sollten durch die Implementierung von Klassen überschrieben werden.
• Sie können einer Schnittstelle keine neue Methode hinzufügen, ohne alle Implementierungen zu ändern, aber das ist eigentlich eine gute Sache.

Nach Java 8:

• Es gibt praktisch keinen Unterschied zwischen einer Schnittstelle und einer abstrakten Klasse (außer Mehrfachvererbung). Tatsächlich können Sie eine reguläre Klasse mit einer Schnittstelle emulieren.
• Bei der Programmierung der Implementierungen vergessen Programmierer möglicherweise, die Standardmethoden zu überschreiben.
• Es liegt ein Kompilierungsfehler vor, wenn eine Klasse versucht, zwei oder mehr Schnittstellen mit einer Standardmethode mit derselben Signatur zu implementieren.
• Durch Hinzufügen einer Standardmethode zu einer Schnittstelle erbt jede implementierende Klasse automatisch dieses Verhalten. Einige dieser Klassen wurden möglicherweise nicht mit dieser neuen Funktionalität entwickelt, was zu Problemen führen kann. Wenn beispielsweise jemand default void foo()einer Schnittstelle eine neue Standardmethode hinzufügt Ix, wird die Klasse , die eine private Methode mit derselben Signatur Cximplementiert Ixund foobesitzt, nicht kompiliert.

Was sind die Hauptgründe für diese großen Änderungen und welche neuen Vorteile (falls vorhanden) bringen sie mit sich?

Ein gutes motivierendes Beispiel für Standardmethoden ist die Java-Standardbibliothek, über die Sie jetzt verfügen

list.sort(ordering);

Anstatt von

Collections.sort(list, ordering);

Ich glaube nicht, dass sie das sonst ohne mehr als eine identische Implementierung von getan hätten List.sort.

Die richtige Antwort findet sich tatsächlich in der Java-Dokumentation , in der es heißt:

Mit [d] efault-Methoden können Sie den Schnittstellen Ihrer Bibliotheken neue Funktionen hinzufügen und die Binärkompatibilität mit Code sicherstellen, der für ältere Versionen dieser Schnittstellen geschrieben wurde.

Dies hat Java schon seit langem geschmerzt, da sich Schnittstellen nach ihrer Veröffentlichung in der Regel nicht mehr weiterentwickeln ließen. (Der Inhalt der Dokumentation bezieht sich auf das Dokument, auf das Sie in einem Kommentar verwiesen haben: Schnittstellenentwicklung über virtuelle Erweiterungsmethoden .) Darüber hinaus kann eine schnelle Übernahme neuer Funktionen (z. B. Lambdas und die neuen Stream-APIs) nur durch Erweiterung der API erfolgen Schnittstellen für vorhandene Sammlungen und Bereitstellung von Standardimplementierungen. Wenn Sie die Binärkompatibilität aufheben oder neue APIs einführen, vergehen einige Jahre, bis die wichtigsten Funktionen von Java 8 gemeinsam genutzt werden.

Der Grund für das Zulassen statischer Methoden in Interfaces geht aus der Dokumentation erneut hervor: [t] Dies erleichtert Ihnen das Organisieren von Hilfsmethoden in Ihren Bibliotheken. Sie können statische Methoden, die für eine Schnittstelle spezifisch sind, in derselben Schnittstelle und nicht in einer separaten Klasse aufbewahren. Mit anderen Worten, statische Dienstprogrammklassen wie java.util.Collectionsjetzt (endlich) können allgemein (natürlich nicht immer ) als Antimuster betrachtet werden . Ich vermute, dass das Hinzufügen von Unterstützung für dieses Verhalten nach der Implementierung virtueller Erweiterungsmethoden trivial war, da dies sonst wahrscheinlich nicht erfolgt wäre.

Ein Beispiel dafür, wie diese neuen Funktionen von Nutzen sein können, ist die Betrachtung einer Klasse, die mich in letzter Zeit geärgert hat java.util.UUID. Es bietet keine Unterstützung für die UUID-Typen 1, 2 oder 5 und kann nicht ohne weiteres geändert werden. Es hängt auch an einem vordefinierten Zufallsgenerator, der nicht überschrieben werden kann. Das Implementieren von Code für die nicht unterstützten UUID-Typen erfordert entweder eine direkte Abhängigkeit von einer Drittanbieter-API anstelle einer Schnittstelle oder die Verwaltung des Konvertierungscodes und die damit verbundenen Kosten für die zusätzliche Garbage Collection. Bei statischen Methoden, UUIDkönnte stattdessen als eine Schnittstelle definiert, so dass echte Fremd Implementierungen der fehlenden Stücke. (Wenn UUIDwir ursprünglich als Schnittstelle definiert wären, hätten wir wahrscheinlich eine Art klobigesUuidUtil Klasse mit statischen Methoden, was auch schrecklich wäre.) Viele der Java-Kern-APIs werden dadurch herabgesetzt, dass sie sich nicht auf Schnittstellen stützen, aber seit Java 8 hat sich die Anzahl der Entschuldigungen für dieses schlechte Verhalten dankenswerterweise verringert.

Es ist nicht richtig zu sagen, dass [t] hier praktisch kein Unterschied zwischen einer Schnittstelle und einer abstrakten Klasse besteht , da abstrakte Klassen einen Zustand haben können (dh Felder deklarieren), während Schnittstellen dies nicht können. Es ist daher nicht gleichbedeutend mit Mehrfachvererbung oder sogar einer Vererbung im Mixin-Stil. Richtige Mixins (wie Groovy 2.3s Merkmale ) haben Zugriff auf den Status. (Groovy unterstützt auch statische Erweiterungsmethoden.)

Meiner Meinung nach ist es auch keine gute Idee, Dovals Beispiel zu folgen . Eine Schnittstelle soll einen Vertrag definieren, aber nicht den Vertrag erzwingen. (Auf jeden Fall nicht in Java.) Die ordnungsgemäße Überprüfung einer Implementierung liegt in der Verantwortung einer Testsuite oder eines anderen Tools. Das Definieren von Verträgen könnte mit Anmerkungen erfolgen, und OVal ist ein gutes Beispiel, aber ich weiß nicht, ob es Einschränkungen unterstützt, die für Schnittstellen definiert wurden. Ein solches System ist machbar, auch wenn es derzeit noch kein System gibt. (Zu den Strategien gehört die Anpassung zur Kompilierungszeit javacüber den AnmerkungsprozessorAPI- und Laufzeit-Bytecode-Generierung.) Im Idealfall werden Verträge zur Kompilierungszeit und im schlimmsten Fall mit einer Testsuite erzwungen, aber ich verstehe, dass die Laufzeiterzwingung verpönt ist. Ein weiteres interessantes Tool zur Unterstützung der Vertragsprogrammierung in Java ist das Checker Framework .

Weil Sie nur eine Klasse erben können. Wenn Sie zwei Schnittstellen haben, deren Implementierungen so komplex sind, dass Sie eine abstrakte Basisklasse benötigen, schließen sich diese beiden Schnittstellen in der Praxis gegenseitig aus.

Die Alternative besteht darin, diese abstrakten Basisklassen in eine Sammlung statischer Methoden zu konvertieren und alle Felder in Argumente umzuwandeln. Das würde jedem Implementierer der Schnittstelle erlauben, die statischen Methoden aufzurufen und die Funktionalität zu erhalten, aber es ist eine Menge Boilerplate in einer Sprache, die bereits viel zu ausführlich ist.

Als ein motivierendes Beispiel dafür, warum es nützlich sein kann, Implementierungen in Schnittstellen bereitzustellen, betrachten Sie diese Stack-Schnittstelle:

public interface Stack<T> {
    boolean isEmpty();

    T pop() throws EmptyException;
 }

Es kann nicht garantiert werden, dass bei der Implementierung der Schnittstelle popeine Ausnahme ausgelöst wird, wenn der Stapel leer ist. Wir könnten diese Regel durchsetzen, indem wir sie popin zwei Methoden public finalaufteilen : eine Methode, die den Vertrag erzwingt, und eine protected abstractMethode, die das eigentliche Poppen durchführt.

public abstract class Stack<T> {
    public abstract boolean isEmpty();

    protected abstract T pop_implementation();

    public final T pop() throws EmptyException {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyException();
        else {
            return pop_implementation();
        }
    }
 }

Wir stellen nicht nur sicher, dass alle Implementierungen den Vertrag einhalten, sondern haben sie auch von der Notwendigkeit befreit, zu überprüfen, ob der Stack leer ist und die Ausnahme auszulösen. Es ist ein großer Gewinn! ... bis auf die Tatsache, dass wir das Interface in eine abstrakte Klasse verwandeln mussten. In einer Sprache mit einfacher Vererbung bedeutet dies einen großen Verlust an Flexibilität. Dadurch schließen sich Ihre potenziellen Schnittstellen gegenseitig aus. Implementierungen bereitstellen zu können, die nur auf den Schnittstellenmethoden selbst beruhen, würde das Problem lösen.

Ich bin nicht sicher, ob der Ansatz von Java 8 zum Hinzufügen von Methoden zu Schnittstellen das Hinzufügen endgültiger Methoden oder geschützter abstrakter Methoden zulässt , aber ich weiß, dass die D-Sprache dies zulässt und native Unterstützung für Design by Contract bietet . Diese Technik birgt keine Gefahr, da sie popendgültig ist und daher von keiner implementierenden Klasse außer Kraft gesetzt werden kann.

In Bezug auf Standardimplementierungen überschreibbarer Methoden gehe ich davon aus, dass Standardimplementierungen, die zu den Java-APIs hinzugefügt werden, nur vom Vertrag der Schnittstelle abhängen, zu der sie hinzugefügt wurden. Daher verhält sich jede Klasse, die die Schnittstelle korrekt implementiert, auch mit den Standardimplementierungen korrekt.

Außerdem,

Es gibt praktisch keinen Unterschied zwischen einer Schnittstelle und einer abstrakten Klasse (außer Mehrfachvererbung). Tatsächlich können Sie eine reguläre Klasse mit einer Schnittstelle emulieren.

Dies ist nicht ganz richtig, da Sie in einer Schnittstelle keine Felder deklarieren können. Jede Methode, die Sie in eine Schnittstelle schreiben, kann sich nicht auf Implementierungsdetails stützen.

Betrachten Sie als Beispiel für statische Methoden in Schnittstellen Dienstprogrammklassen wie Sammlungen in der Java-API. Diese Klasse existiert nur, weil diese statischen Methoden nicht in ihren jeweiligen Schnittstellen deklariert werden können. Collections.unmodifiableListhätte genauso gut in der ListOberfläche deklariert werden können, und es wäre leichter zu finden gewesen.

Vielleicht bestand die Absicht darin, die Möglichkeit zum Erstellen von Mixin- Klassen bereitzustellen, indem die Notwendigkeit, statische Informationen oder Funktionen über eine Abhängigkeit einzufügen , ersetzt wurde.

Diese Idee scheint damit zu tun zu haben, wie Sie Erweiterungsmethoden in C # verwenden können, um den Schnittstellen implementierte Funktionen hinzuzufügen.

Die beiden Hauptziele, die ich in defaultMethoden sehe (einige Anwendungsfälle dienen beiden Zwecken):

1. Syntax Zucker. Eine Utility-Klasse könnte diesen Zweck erfüllen, aber Instanzmethoden sind besser.
2. Erweiterung einer bestehenden Schnittstelle. Die Implementierung ist allgemein, aber manchmal ineffizient.

Wenn es nur um den zweiten Zweck ginge, würde man das nicht in einer brandneuen Benutzeroberfläche wie sehen Predicate. Alle mit @FunctionalInterfaceAnnotationen versehenen Schnittstellen müssen genau eine abstrakte Methode haben, damit ein Lambda sie implementieren kann. Hinzugefügt defaultMethoden wie and, or, negatesind nur Dienstprogramm, und Sie sind nicht zu überschreiben , sie soll. Doch manchmal statische Methoden täten besser .

Was die Erweiterung bestehender Schnittstellen angeht - selbst dort sind einige neue Methoden nur Syntaxzucker. Methoden Collectionwie stream, forEach, removeIf- im Grunde, es ist nur Dienstprogramm , das Sie nicht außer Kraft setzen müssen. Und dann gibt es Methoden wie spliterator. Die Standardimplementierung ist suboptimal, aber zumindest der Code wird kompiliert. Greifen Sie nur dann darauf zurück, wenn Ihr Interface bereits veröffentlicht und weit verbreitet ist.

Was die staticMethoden, ich denke , es die andere decken ganz gut: Es ermöglicht die Schnittstelle ihre eigene Utility - Klasse zu sein. Vielleicht könnten wir uns Collectionsin Javas Zukunft davonmachen? Set.empty()würde rocken.