Javaklassen enthalten Methoden und Datenfelder. Die öffentlich zugänglichen Methoden und Datenfelder bilden die Schnittstellen einer Klasse. Schnittstellen sind wichtige Hilfsmittel bei Entwurf komplexer Softwaresysteme. Sie erlauben es unterschiedliche Subsysteme definiert zu koppeln (Coupling). Die Wechselwirkung zwischen diesen Subsystemen wird auch Coherence oder Cohesion genannt.

Schnittstellen unterstützen das Konzept des Information Hiding und sollten möglichst stabil sein. Stabile Schnittstellen erlauben es mehreren Teams unabhängig von einander zu arbeiten weil sie eine Trennung von

• Spezifikation und
• Implementierung

erlauben.

Schnittstellen (engl. Interfaces) sind ein wichtiges Sprachmittel beim Entwurf von Softwaresystemen.

Sie enthalten daher nur die für die Spezifikation wichtige Elemente:

• Methodendeklarationen
• öffentliche Attribute

Klassen enthalten hingegen die Spezifikation, alle Attribute sowie zusätzlich die Implementierung der Methoden durch die Methodenrümpfe.

Javaschnittstellen (Interfaces)

Java bietet im Gegensatz zu C++ das Sprachmittel interface zur Beschreibung von Schnittstellen. Javainterfaces muss man gedanklich als abstrakte Klassen verstehen, die selbst über keine Implementierung von Methoden verfügen.

Klassen enthalten hingegen die Spezifikation und die sowie zusätzlich die Implementierung der Methoden durch die Methoden Rümpfe/Blöcke.

Für Javainterfaces gilt:

• alle Attribute müssen öffentliche, finale und initialisierte Konstanten sein
• alle Methoden sind abstrakt (abstract), öffentlich (public), nicht final und nicht statisch
• sie geben keine Konstruktoren vor

Notation eines Java-Interface

[public] interface Interfacename [extends Interface1, Interface2, ... ]

• Das Schlüsselwort public erlaubt wie auch bei Klassen das Interface ausserhalb des eigenen Pakets zu benutzen
• dem Schlüsselwort interface folgt der Name der Schnittstelle und
• eine optionale Liste von Interfaces von denen das Interface erbt. Diese Liste wird mit dem Schlüsselwort extends eingeleitet

Interfaces können nur von Interfaces abgeleitet werden.

Klassen können nur von Klassen abgeleitet werden. Klassen implementieren jedoch beliebig viele Interfaces durch das Schlüsselwort implements.

[public|private|protected] class Klassenname1 extends Klassename2 [implements Interface1, Interface2, ....]

Die Klasse Klassenname1 wird aus Klassenname2 abgeleitet und implementiert (Schlüsselwort implements) optional eines oder mehrere Interfaces.

Beispiel

Personen (class Person), sowie Lieferanten (class Supplier) implementieren das Interface BankAccount. BankAccount muss mit einer IBAN Nummer und dem Namen einer Bank umgehen können. Das Interface macht keinerlei Vorgaben zum Setzen dieses Daten. Das Erfassen dieser Daten obliegt dem Implementierer der Schnittstelle.

interface BankAccount {
   long iban();
   String bank();
}

class Person implements bankAccount {
   public name()  { // Implementation }
   public long iban() {
      ...
      return myIban;
   }
   public String bank() {
      ...
      return myBank;
   }
}

class Supplier implements bankAccount {
   public String getLicense() { //Implementation 
     }
   public long iban() {
      ...
      return supplierIban;
   }
   public String bank() {
      return supplierBank;
   }
}
...
BankAccount b1 = new Person();
BankAccount b2 = new Supplier();
...
System.out.println(b1.bank());
System.out.println(b2.bank());

Die Klasse Person implementiert alle Methoden von BankAccount und verhält sich in allen Aspekten wie das Interface.

Für Klassen die Schnittstellen(Interfaces) implementieren gilt:

• sie können beliebig viele Interfaces gleichzeitig implementieren.
• sie implementieren alle Methoden und Attribute des Interface
  • implementieren sie nicht alle Aspekte des Interface müssen sie als abstrakte Klasse deklariert werden. Erst abgeleitete Klassen die all Aspekte des Interface zur Verfügung stellen müssen nicht mehr abstrakt sein.

UML Notation

In UML Klassendiagrammen wird die Java Interface-beziehung als Verfeinerung mit gestrichelten Pfeilen gekennzeichnet:

Alternativ kann man die zu implementierende Klasse auch mit einem Strich und einem Kreis darstellen:

Anwendung von Schnittstellen (Interfaces)

Schnittstellen (Schlüsselwort interface) und Vererbung (Schlüsselwort extends) sind zwei Vererbungskonzepte in Java. Sie haben unterschiedliche Zielsetzungen bezüglich Strukturierung und Planung.

• Schnittstellen (Interfaces)
  • fördern modularen Aufbau auf Softwaresystemen
    • erlauben unabhängige Implementierung und vereinfachen den Austausch von Schnittstellenimplementierungen
  • entkoppeln Systeme und fördern die genaue Spezifikation von benötigten Diensten (Veträge!)
  • schaffen Strukturen die in späteren Phasen der Softwareentwicklung die Komplexität der Implementierung senken
• Vererbung
  • Erleichert Codewiederverwendung
  • führt zu einer engeren Kopplung von Systemen

Implikationen

Schnittstellen (Interfaces) müssen Aufgrund ihrer großen Bedeutung für den Entwurf von Softwaresystemen sehr sorgsam entworfen werfen. Änderungen in Schnittstellen führen dazu, dass alle Klassen die eine Schnittstelle  (Interface) implementieren bei einer Änderung vom Laufzeitsystem nicht mehr akzeptiert werden. Bei einer Schnittstellenänderung müssen alle Klassen der neuen Schnittstelle angepasst und neu übersetzt werden. 

Schnittstellen versus Vererbung mit Polymorphismus

Schnittstellen sind oft eine bessere Lösung für langlebige Softwaresysteme. Die enge Kopplung an die vererbenden Basisklassen werden sich ändernden Anforderungen auch oft ein Hindernis. Der Vorteil alle ererbten Methoden direkt benutzen zu können, kann hier auch zum Nachteil werden, insbesondere wenn Klassenhierarchien tief und unübersichtlich sind.

Die Konzepte von

• Assoziation und
• Schnittstellen

führen oft zu einem initial höheren Implementierungsaufwand. Sie bieten jedoch eine bessere Entkopplung von Softwarekomponenten