没有杯子的世界：OOP设计思想的应用实践
最近看到一个有趣的问题：Person类具有Hand,Hand可以操作杯子Cup,但是在石器时代是没有杯子的，这个问题用编程怎么解决？
简单代码实现
我们先用简单代码实现原问题：
@Data
public class Person {
private final String name;
private Hand hand = new Hand();
private Mouth mouth = new Mouth();
private static class Hand {
// 为了简化问题，用字符串表示复杂的方法实现，这些方法极有可能具有副作用
String holdCup() {
return "hold a cup...";
}
String refillCup() {
return "refill the coffee cup...";
}
}
private static class Mouth {
String drinkCoffee() {
return "take a cup of coffee";
}
}
public String drinkCoffee() {
return String.join("\n",
hand.refillCup(),
hand.holdCup(),
mouth.drink()
);
}
// 略去其他方法，run(), work(), eat()...
public static void main(String[] args) {
Person eric = new Person("Eric");
System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());
}
}
良好的代码设计经常面向接口编程，我们抽取出接口如下:
public interface Person {
String drinkCoffee();
// 略去其他方法，run(), work(), eat()...
interface Hand {
String holdCup();
String refillCup();
}
interface Mouth {
String drinkCoffee();
}
}
@Data
public class DefaultPerson implements Person {
private final String name;
private Hand hand = new DefaultHand();
private Mouth mouth = new DefaultMouth();
private static class DefaultHand implements Hand {
@Override
public String holdCup() {
return "hold a cup...";
}
@Override
public String refillCup() {
return "refill the coffee cup...";
}
}
private static class DefaultMouth implements Mouth {
@Override
public String drinkCoffee() {
return "take a cup of coffee";
}
}
@Override
public String drinkCoffee() {
return String.join("\n",
hand.refillCup(),
hand.holdCup(),
mouth.drinkCoffee()
);
}
public static void main(String[] args) {
Person eric = new DefaultPerson("eric");
System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());
}
}
完事具备，现在我们来思考下这个问题： 问题的关键在于drinkCoffee方法，现在这个方法调用的结果是不对的，因为方法的调用依据了 DefaultPerson 之外的变量，即是否处于石器时代。 我们先看一个不好的实现：
@Value
public class BadPersonImpl implements Person {
String name;
boolean isInStoneEra;
@Override
public String drinkCoffee() {
if (isInStoneEra) {
return String.format("%s cannot drink, because there is no cup in the era.", getName());
}
return "refill the coffee cup..." + "hold a cup..." + "take a cup of coffee.";
}
public static void main(String[] args) {
Person eric = new BadPersonImpl("Eric", true);
System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());
}
}
这段代码的问题是所有的内容都写死了，所有的代码都在一块，无法复用和拓展。
当然，如果说本来 Person 的实现就简单，新需求并不多，用这种方法也不是不可以。
问题分析&解决方法
不过，大部分情况下如果我们最开始这么写，把自己的路堵死了，当有新需求时，之后的修改极有可能发展成 if-else 套娃地狱，一个方法越写越多，越写越乱， 逻辑复杂到自己把自己都绕死了，最后实在受不了了，重写整个方法或类。
为什么我的代码中新加了 Mouth 这个类？
因为如果Person中有Hand这个类，通常说明 Hand类 有自己独立的实现，行为比较复杂，Person 实现的行为比较复杂， 加入了 Mouth 是为了说明 Person 类的复杂性，Person 是一个抽象工厂。
正确的做法应该考虑设计中的变量和不变量：
- 人所处的时代是变化的，时代影响人的行为
- 人的行为可以独立变化，即人具有hand、mouth等，其使用各个组件进行某些行为。
- 人的组件hand、mouth可以独立变化
不变：
- 时代一旦确定就不会更改（无需使用状态模式）
- Person的组件一旦确定就不会更改
- Person 和 Era 独立扩展
由此我们得出结论，Person 和 Era 要实现解耦。
interface EraEnvironment {
default boolean hasCup() {
return true;
}
}
class ModernEra implements EraEnvironment {
}
class StoneAge implements EraEnvironment {
@Override
public boolean hasCup() {
return false;
}
}
// 基于组合的实现
@Value
class PersonInEra implements Person {
Person person;
EraEnvironment era;
@Override
public String drinkCoffee() {
if (era.hasCup()) {
return person.drinkCoffee();
}
return String.format("%s cannot drink, because there is no cup in the era.", person.getName());
}
@Override
public String getName() {
return person.getName();
}
public static void main(String[] args) {
PersonInEra eric = new PersonInEra(new DefaultPerson("Eric"), new StoneAge());
System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());
}
}
进一步优化成协调者模式，可以保证各个 Colleague 类(Person、EraEnvironment)独立扩展。
如果以后还有影响 Person 行为的变量，比如天气、心情等，可以引入新的协调者。
可以看出，随着需求的增多，协调者可能越来越多，此时我们就需要重新进行分析，哪些条件可以看做Person的固有属性，对Person进行重构。
// 优化抽取出抽象类
class PersonInEra extends AbstractPersonInEra {
public PersonInEra(Person person, EraEnvironment era) {
super(person, era);
}
@Override
public String drinkCoffee() {
if (getEra().hasCup()) {
return getPerson().drinkCoffee();
}
return String.format("%s cannot drink, because there is no cup in the era.", getName());
}
public static void main(String[] args) {
PersonInEra eric = new PersonInEra(new DefaultPerson("Eric"), new StoneAge());
System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());
}
}
public abstract class AbstractPersonInEra implements Person {
private final Person person;
private final EraEnvironment era;
public AbstractPersonInEra(Person person, EraEnvironment era) {
this.person = person;
this.era = era;
}
@Override
public String getName() {
return person.getName();
}
protected Person getPerson() {
return person;
}
protected EraEnvironment getEra() {
return era;
}
@Override
public abstract String drinkCoffee();
}
面向对象原则分析
当然，根据对需求的不同理解和对未来需求的预期，我们可能选择不同的实现，这个问题还有可能用状态模式、策略模式等实现，不同的方法有优点也有缺点； 如果在面试中遇到这样的问题，一定要跟面试官明确背景和需求。
我们使用面向对象的基本原则分析下改动前后的代码：
1.单一职责原则（SRP）：一个类/方法应该只有一个职责。
满足。以 PersonInEra::drinkCoffee 为例，其只负责根据环境，对调用方法进行选择。
2.开放封闭原则（OCP）：软件实体应该对扩展开放，对修改关闭。
满足。对扩展开发不必多说，使用接口或抽象类都方便了拓展。
3.里氏替换原则（LSP）：子类对象应该能够替换其父类对象并保持系统的行为正确性。
满足。我们使用时声明类型为接口 Person，使用的实例为其具体实现。
4.依赖倒置原则（DIP）：高层模块不应该依赖于底层模块，而是应该通过抽象进行交互。
满足。client 使用了Person, Person的不同实现间的依赖都是接口或抽象类。 一个实体类抽象出接口是一个万金油式的好方法。
5.接口隔离原则（ISP）：一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。
满足。比如 AbstractPersonInEra 依赖的是 Person接口，这个接口并不包含其他不必要的方法。
6.合成/聚合复用原则（CARP）：优先使用对象合成或聚合，而不是继承来实现代码复用。
满足。AbstractPersonInEra 使用的是组合实现。
7.迪米特法则（LoD）：一个对象应该对其它对象保持最小的了解。 满足。这里还是看出了使用接口的好处，AbstractPersonInEra 只知道自己依赖了 Person 和 EraEnvironment, 对于依赖对象的实现一无所知。
策略模式
最后，你可以自己写个策略模式，和我写的策略模式比较一下，从面向对象设计的角度分析其优劣。
使用策略模式编写的代码如下：
// 策略模式，不改变原 DefaultPerson 的实现
@FunctionalInterface
public interface DrinkStrategy {
String drink();
}
public final class Persons {
private Persons(){}
@NotNull
private static DrinkStrategy stoneEraSupport(Person person, EraEnvironment era) {
return () -> {
if (era.hasCup()) {
return person.drinkCoffee();
}
return String.format("%s cannot drink, because there is no cup in the era.", person.getName());
};
}
// 工厂方法创建复杂对象
@NotNull
public static Person stoneAgeSupportWithNameAndEra(String name, EraEnvironment era) {
DefaultPerson oriPerson = new DefaultPerson(name);
return new StrategicPerson(oriPerson, stoneEraSupport(oriPerson, era));
}
}
@Value
public class StrategicPerson implements Person {
// 使用组合
Person person;
// 支持多种策略,拓展性好
DrinkStrategy drinkStrategy;
@Override
public String drinkCoffee() {
return drinkStrategy.drink();
}
// 除需要更改的方法外，其他实现委托给原 Person. 比较烦的是：需要委托的方法多的话，都要单独编写方法
@Override
public String getName() {
return person.getName();
}
public static void main(String[] args) {
Person eric = Persons.stoneAgeSupportWithNameAndEra("eric", new StoneAge());
System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());
}
}
