摘要：默認方法傳統上，程序的接口是將相關方法按照約定組合到一起的方式。其一，允許在接口內聲明靜態方法。實際上，到目前為止你已經使用了多個默認方法。通過它，我們能夠知道一個方法是否為默認方法。這就是默認方法試圖解決的問題。

傳統上，Java程序的接口是將相關方法按照約定組合到一起的方式。實現接口的類必須為接口中定義的每個方法提供一個實現，或者從父類中繼承它的實現。但是，一旦類庫的設計者需要更新接口，向其中加入新的方法，這種方式就會出現問題。現實情況是，現存的實體類往往不在接口設計者的控制范圍之內，這些實體類為了適配新的接口約定也需要進行修改。由于Java 8的API在現存的接口上引入了非常多的新方法，這種變化帶來的問題也愈加嚴重，一個例子就是前幾章中使用過的 List 接口上的 sort 方法。想象一下其他備選集合框架的維護人員會多么抓狂吧，像Guava和Apache Commons這樣的框架現在都需要修改實現了 List 接口的所有類，為其添加sort 方法的實現。

且慢，其實你不必驚慌。Java 8為了解決這一問題引入了一種新的機制。Java 8中的接口現在支持在聲明方法的同時提供實現，這聽起來讓人驚訝！通過兩種方式可以完成這種操作。其一，Java 8允許在接口內聲明靜態方法。其二，Java 8引入了一個新功能，叫默認方法，通過默認方法你可以指定接口方法的默認實現。換句話說，接口能提供方法的具體實現。因此，實現接口的類如果不顯式地提供該方法的具體實現，就會自動繼承默認的實現。這種機制可以使你平滑地進行接口的優化和演進。實際上，到目前為止你已經使用了多個默認方法。兩個例子就是你前面已經見過的 List 接口中的 sort ，以及 Collection 接口中的 stream 。

第1章中我們看到的 List 接口中的 sort 方法是Java 8中全新的方法，它的定義如下：

default void sort(Comparator c){
    Collections.sort(this, c);
}

請注意返回類型之前的新 default 修飾符。通過它，我們能夠知道一個方法是否為默認方法。這里 sort 方法調用了 Collections.sort 方法進行排序操作。由于有了這個新的方法，我們現在可以直接通過調用 sort ，對列表中的元素進行排序。

List numbers = Arrays.asList(3, 5, 1, 2, 6);
numbers.sort(Comparator.naturalOrder());

不過除此之外， 這段代碼中還有些其他的新東西。注意到了嗎，我們調用了Comparator.naturalOrder 方法。這是 Comparator 接口的一個全新的靜態方法，它返回一個Comparator 對象，并按自然序列對其中的元素進行排序（即標準的字母數字方式排序）。

第4章中你看到的 Collection 中的 stream 方法的定義如下：

default Stream stream() {
    return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
}

我們在之前的幾章中大量使用了該方法來處理集合，這里 stream 方法中調用了SteamSupport.stream 方法來返回一個流。你注意到 stream 方法的主體是如何調用 spliterator 方法的了嗎？它也是 Collection 接口的一個默認方法。

喔噢！這些接口現在看起來像抽象類了吧？是，也不是。它們有一些本質的區別，我們在這一章中會針對性地進行討論。但更重要的是，你為什么要在乎默認方法？默認方法的主要目標用戶是類庫的設計者啊。

簡而言之，向接口添加方法是諸多問題的罪惡之源；一旦接口發生變化，實現這些接口的類往往也需要更新，提供新添方法的實現才能適配接口的變化。如果你對接口以及它所有相關的實現有完全的控制，這可能不是個大問題。但是這種情況是極少的。這就是引入默認方法的目的：它讓類可以自動地繼承接口的一個默認實現。

因此，如果你是個類庫的設計者，這一章的內容對你而言會十分重要，因為默認方法為接口的演進提供了一種平滑的方式，你的改動將不會導致已有代碼的修改。此外，正如我們后文會介紹的，默認方法為方法的多繼承提供了一種更靈活的機制，可以幫助你更好地規劃你的代碼結構：類可以從多個接口繼承默認方法。因此，即使你并非類庫的設計者，也能在其中發現感興趣的東西。

章的結構如下。首先，我們會跟你一起剖析一個API演化的用例，探討由此引發的各種問題。緊接著我們會解釋什么是默認方法，以及它們在這個用例中如何解決相應的問題。之后，我們會展示如何創建自己的默認方法，構造Java語言中的多繼承。最后，我們會討論一個類在使用一個簽名同時繼承多個默認方法時，Java編譯器是如何解決可能的二義性（模糊性）問題的。

為了理解為什么一旦API發布之后，它的演進就變得非常困難，我們假設你是一個流行Java繪圖庫的設計者（為了說明本節的內容，我們做了這樣的假想）。你的庫中包含了一個 Resizable接口，它定義了一個簡單的可縮放形狀必須支持的很多方法， 比如： setHeight 、 setWidth 、getHeight 、 getWidth 以及 setAbsoluteSize 。此外，你還提供了幾個額外的實現（out-of-boximplementation），如正方形、長方形。由于你的庫非常流行，你的一些用戶使用 Resizable 接口創建了他們自己感興趣的實現，比如橢圓。

發布API幾個月之后，你突然意識到 Resizable 接口遺漏了一些功能。比如，如果接口提供一個 setRelativeSize 方法，可以接受參數實現對形狀的大小進行調整，那么接口的易用性會更好。你會說這看起來很容易啊：為 Resizable 接口添加 setRelativeSize 方法，再更新 Square和 Rectangle 的實現就好了。不過，事情并非如此簡單！你要考慮已經使用了你接口的用戶，他們已經按照自身的需求實現了 Resizable 接口，他們該如何應對這樣的變更呢？非常不幸，你無法訪問，也無法改動他們實現了 Resizable 接口的類。這也是Java庫的設計者需要改進Java API時面對的問題。讓我們以一個具體的實例為例，深入探討修改一個已發布接口的種種后果。

Resizable 接口的最初版本提供了下面這些方法：

public interface Drawable {
    void draw();
}

public interface Resizable extends Drawable {
    int getWidth();

    void setWidth(int width);

    int getHeight();

    void setHeight(int height);

    void setAbsoluteSize(int width, int height);
}

用戶實現
你的一位鐵桿用戶根據自身的需求實現了 Resizable 接口，創建了 Ellipse 類：

public class Ellipse implements Resizable {
    ...
}

他實現了一個處理各種 Resizable 形狀（包括 Ellipse ）的游戲：

public class Square implements Resizable {
    ...
}
public class Triangle implements Resizable {
    ...
}
public class Game {
    public static void main(String[] args) {
        List resizableShapes =
                Arrays.asList(new Square(), new Triangle(), new Ellipse());
        Utils.paint(resizableShapes);
    }
}
public class Utils {
    public static void paint(List list) {
        list.forEach(r -> {
            r.setAbsoluteSize(42, 42);
            r.draw();
        });
    }
}

庫上線使用幾個月之后，你收到很多請求，要求你更新 Resizable 的實現，讓 Square Triangle 以及其他的形狀都能支持 setRelativeSize 方法。為了滿足這些新的需求，你發布了第二版API。

public interface Resizable extends Drawable {
    int getWidth();

    void setWidth(int width);

    int getHeight();

    void setHeight(int height);

    void setAbsoluteSize(int width, int height);

    void setRelativeSize(int wFactor, int hFactor);
}

用戶面臨的窘境
對 Resizable 接口的更新導致了一系列的問題。首先，接口現在要求它所有的實現類添加setRelativeSize 方法的實現。但是用戶最初實現的 Ellipse 類并未包含 setRelativeSize方法。向接口添加新方法是二進制兼容的，這意味著如果不重新編譯該類，即使不實現新的方法，現有類的實現依舊可以運行。不過，用戶可能修改他的游戲，在他的 Utils.paint 方法中調用setRelativeSize 方法，因為 paint 方法接受一個 Resizable 對象列表作為參數。如果傳遞的是一個 Ellipse 對象，程序就會拋出一個運行時錯誤，因為它并未實現 setRelativeSize 方法：

Exception in thread "main" java.lang.AbstractMethodError:lambdasinaction.chap9.Ellipse.setRelativeSize(II)V

其次，如果用戶試圖重新編譯整個應用（包括 Ellipse 類），他會遭遇下面的編譯錯誤：

Error:(9, 8) java: xin.codeream.java8.chap9.Ellipse不是抽象的, 并且未覆蓋
xin.codeream.java8.chap9.Resizable中的抽象方法setRelativeSize(int,int)

最后，更新已發布API會導致后向兼容性問題。這就是為什么對現存API的演進，比如官方發布的Java Collection API，會給用戶帶來麻煩。當然，還有其他方式能夠實現對API的改進，但是都不是明智的選擇。比如，你可以為你的API創建不同的發布版本，同時維護老版本和新版本，但這是非常費時費力的，原因如下。其一，這增加了你作為類庫的設計者維護類庫的復雜度。其次，類庫的用戶不得不同時使用一套代碼的兩個版本，而這會增大內存的消耗，延長程序的載入時間，因為這種方式下項目使用的類文件數量更多了。

這就是默認方法試圖解決的問題。它讓類庫的設計者放心地改進應用程序接口，無需擔憂對遺留代碼的影響，這是因為實現更新接口的類現在會自動繼承一個默認的方法實現。

經過前述的介紹，我們已經了解了向已發布的API添加方法，對現存代碼實現會造成多大的損害。默認方法是Java 8中引入的一個新特性，希望能借此以兼容的方式改進API。現在，接口包含的方法簽名在它的實現類中也可以不提供實現。那么，誰來具體實現這些方法呢？實際上，缺失的方法實現會作為接口的一部分由實現類繼承（所以命名為默認實現），而無需由實現類提供。

那么，我們該如何辨識哪些是默認方法呢？其實非常簡單。默認方法由 default 修飾符修飾，并像類中聲明的其他方法一樣包含方法體。比如，你可以像下面這樣在集合庫中定義一個名為Sized 的接口，在其中定義一個抽象方法 size ，以及一個默認方法 isEmpty ：

public interface Sized {
    int size();

    default boolean isEmpty() {
        return size() == 0;
    }
}

太棒了！這樣任何一個實現了 Sized 接口的類都會自動繼承 isEmpty 的實現。因此，向提供了默認實現的接口添加方法就不是源碼兼容的。

現在，我們回顧一下最初的例子，那個Java畫圖類庫和你的游戲程序。具體來說，為了以兼容的方式改進這個庫（即使用該庫的用戶不需要修改他們實現了 Resizable 的類），可以使用默認方法，提供 setRelativeSize 的默認實現：

default void setRelativeSize(int wFactor, int hFactor){
    setAbsoluteSize(getWidth() / wFactor, getHeight() / hFactor);
}

由于接口現在可以提供帶實現的方法，是否這意味著Java已經在某種程度上實現了多繼承？如果實現類也實現了同樣的方法，這時會發生什么情況？默認方法會被覆蓋嗎？現在暫時無需擔心這些，Java 8中已經定義了一些規則和機制來處理這些問題。

你可能已經猜到，默認方法在Java 8的API中已經大量地使用了。本章已經介紹過我們前一章中大量使用的 Collection 接口的 stream 方法就是默認方法。 List 接口的 sort 方法也是默認方法。第3章介紹的很多函數式接口，比如 Predicate 、 Function 以及 Comparator 也引入了新的默認方法，比如 Predicate.and 或者 Function.andThen （記住，函數式接口只包含一個抽象方法，默認方法是種非抽象方法）。

現在你已經了解了默認方法怎樣以兼容的方式演進庫函數了。除了這種用例，還有其他場景也能利用這個新特性嗎？當然有，你可以創建自己的接口，并為其提供默認方法。這一節中，我們會介紹使用默認方法的兩種用例：可選方法和行為的多繼承。

你很可能也碰到過這種情況，類實現了接口，不過卻刻意地將一些方法的實現留白。我們以Iterator 接口為例來說。 Iterator 接口定義了 hasNext 、 next ，還定義了 remove 方法。Java 8之前，由于用戶通常不會使用該方法， remove 方法常被忽略。因此，實現 Interator 接口的類通常會為 remove 方法放置一個空的實現，這些都是些毫無用處的模板代碼。

采用默認方法之后，你可以為這種類型的方法提供一個默認的實現，這樣實體類就無需在自己的實現中顯式地提供一個空方法。比如，在Java 8中， Iterator 接口就為 remove 方法提供了一個默認實現，如下所示：

public interface Iterator {
    ...
    default void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException("remove");
    }
    ...
}

通過這種方式，你可以減少無效的模板代碼。實現 Iterator 接口的每一個類都不需要再聲明一個空的 remove 方法了，因為它現在已經有一個默認的實現。

默認方法讓之前無法想象的事兒以一種優雅的方式得以實現，即行為的多繼承。這是一種讓類從多個來源重用代碼的能力。

Java的類只能繼承單一的類，但是一個類可以實現多接口。要確認也很簡單，下面是Java API中對 ArrayList 類的定義：

public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
}

類型的多繼承

這個例子中 ArrayList 繼承了一個類，實現了六個接口。因此 ArrayList 實際是七個類型的直接子類，分別是： AbstractList 、 List 、 RandomAccess 、 Cloneable 、 Serializable 、Iterable 和 Collection 。所以，在某種程度上，我們早就有了類型的多繼承。

由于Java 8中接口方法可以包含實現，類可以從多個接口中繼承它們的行為（即實現的代碼）。讓我們從一個例子入手，看看如何充分利用這種能力來為我們服務。保持接口的精致性和正交性能幫助你在現有的代碼基上最大程度地實現代碼復用和行為組合。

利用正交方法的精簡接口

假設你需要為你正在創建的游戲定義多個具有不同特質的形狀。有的形狀需要調整大小，但是不需要有旋轉的功能；有的需要能旋轉和移動，但是不需要調整大小。這種情況下，你怎么設計才能盡可能地重用代碼？

你可以定義一個多帶帶的 Rotatable 接口，并提供兩個抽象方法 setRotationAngle 和getRotationAngle ，如下所示：

public interface Rotatable {
    int getRotationAngle();

    void setRotationAngle(int angleInDegrees);

    default void rotateBy(int angleInDegrees) {
        setRotationAngle((getRotationAngle() + angleInDegrees) % 360);
    }
}

這種方式和模板設計模式有些相似，都是以其他方法需要實現的方法定義好框架算法。

現在，實現了 Rotatable 的所有類都需要提供 setRotationAngle 和 getRotationAngle的實現，但與此同時它們也會天然地繼承 rotateBy 的默認實現。

類似地，你可以定義之前看到的兩個接口 Moveable 和 Resizable 。它們都包含了默認實現。下面是 Moveable 的代碼：

public interface Moveable {
    int getX();

    void setX(int x);

    int getY();

    void setY(int y);

    default void moveHorizontally(int distance) {
        setX(getX() + distance);
    }

    default void moveVertically(int distance) {
        setY(getY() + distance);
    }
}

下面是 Resizable 的代碼：

public interface Resizable extends Drawable {
    int getWidth();

    void setWidth(int width);

    int getHeight();

    void setHeight(int height);

    void setAbsoluteSize(int width, int height);

    default void setRelativeSize(int wFactor, int hFactor){
        setAbsoluteSize(getWidth() / wFactor, getHeight() / hFactor);
    }
}

組合接口

通過組合這些接口，你現在可以為你的游戲創建不同的實體類。比如， Monster 可以移動、旋轉和縮放。

public class Monster implements Rotatable, Moveable, Resizable {
    ...
}

Monster 類會自動繼承 Rotatable 、 Moveable 和 Resizable 接口的默認方法。這個例子中，Monster 繼承了 rotateBy 、 moveHorizontally 、 moveVertically 和 setRelativeSize 的實現。

你現在可以直接調用不同的方法：

Monster m = new Monster();
m.rotateBy(180);
m.moveVertically(10);

像你的游戲代碼那樣使用默認實現來定義簡單的接口還有另一個好處。假設你需要修改moveVertically 的實現，讓它更高效地運行。你可以在 Moveable 接口內直接修改它的實現，所有實現該接口的類會自動繼承新的代碼（這里我們假設用戶并未定義自己的方法實現）。

通過前面的介紹，你已經了解了默認方法多種強大的使用模式。不過也可能還有一些疑惑：如果一個類同時實現了兩個接口，這兩個接口恰巧又提供了同樣的默認方法簽名，這時會發生什么情況？類會選擇使用哪一個方法？這些問題，我們會在接下來的一節進行討論。

我們知道Java語言中一個類只能繼承一個父類，但是一個類可以實現多個接口。隨著默認方法在Java 8中引入，有可能出現一個類繼承了多個方法而它們使用的卻是同樣的函數簽名。這種情況下，類會選擇使用哪一個函數？在實際情況中，像這樣的沖突可能極少發生，但是一旦發生這樣的狀況，必須要有一套規則來確定按照什么樣的約定處理這些沖突。這一節中，我們會介紹Java編譯器如何解決這種潛在的沖突。我們試圖回答像“接下來的代碼中，哪一個 hello 方法是被 C 類調用的”這樣的問題。注意，接下來的例子主要用于說明容易出問題的場景，并不表示這些場景在實際開發過程中會經常發生。

public interface A {
    default void hello() {
        System.out.println("Hello from A");
    }
}
public interface B extends A {
    default void hello() {
        System.out.println("Hello from B");
    }
}
public class C implements A, B {
    public static void main(String[] args) {
        // 猜猜打印的是什么？
        new C().hello();
    }
}

此外，你可能早就對C++語言中著名的菱形繼承問題有所了解，菱形繼承問題中一個類同時繼承了具有相同函數簽名的兩個方法。到底該選擇哪一個實現呢？ Java 8也提供了解決這個問題的方案。請接著閱讀下面的內容。

如果一個類使用相同的函數簽名從多個地方（比如另一個類或接口）繼承了方法，通過三條規則可以進行判斷。

類中的方法優先級最高。類或父類中聲明的方法的優先級高于任何聲明為默認方法的優先級。

如果無法依據第一條進行判斷，那么子接口的優先級更高：函數簽名相同時，優先選擇擁有最具體實現的默認方法的接口，即如果 B 繼承了 A ，那么 B 就比 A 更加具體。

最后，如果還是無法判斷，繼承了多個接口的類必須通過顯式覆蓋和調用期望的方法，顯式地選擇使用哪一個默認方法的實現。

是的，就是這三條準則就是你需要知道的全部了！

讓我們回顧一下開頭的例子，這個例子中 C 類同時實現了 B 接口和 A 接口，而這兩個接口恰巧又都定義了名為 hello 的默認方法。

編譯器會使用聲明的哪一個 hello 方法呢？其實上面的代碼是編譯不通過的，按照規則(2)，應該選擇的是提供了最具體實現的默認方法的接口。但，在C中不知道誰比誰更具體，所以需要顯示的指定調用哪個接口的方法：

public class C implements A, B {
    public static void main(String[] args) {
        new C().hello();
    }

    @Override
    public void hello() {
       A.super.hello();
    }

    OR

    @Override
    public void hello() {
       B.super.hello();
    }

    OR

    @Override
    public void hello() {
       System.out.println("Hello from C!");
    }
}

比如：調用 A.super.Hello()，那么打印的是 Hello form A!，調用 B.super.Hello() 那么輸出的是 Hello from B!。

如果，你碰到類似的問題，以上的三條準則將可以幫助你解決這個問題！

Java 8中的接口可以通過默認方法和靜態方法提供方法的代碼實現。

默認方法的開頭以關鍵字 default 修飾，方法體與常規的類方法相同。

向發布的接口添加抽象方法不是源碼兼容的。

默認方法的出現能幫助庫的設計者以后向兼容的方式演進API。

默認方法可以用于創建可選方法和行為的多繼承。

我們有辦法解決由于一個類從多個接口中繼承了擁有相同函數簽名的方法而導致的沖突。

類或者父類中聲明的方法的優先級高于任何默認方法。如果前一條無法解決沖突，那就選擇同函數簽名的方法中實現得最具體的那個接口的方法。

兩個默認方法都同樣具體時，你需要在類中覆蓋該方法，顯式地選擇使用哪個接口中提供的默認方法。

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Gitee:chap9