设计模式之六大原则
1.单一责任原则(single responsibility principle)
一个类只负责一个功能领域中的相应职责,或者就一个类而言,应该只有一个引起它变化的原因
它是实现高内聚、低耦合的指导方针,是最简单但又是最难运用的原则,需要设计人员发现类的不同职责并将其分离,而发现类的多重职责需要设计人员具有较强的分析设计能力和相关实践经验。
一个类承担的职责越多,它被复用的可能性就越低,而且一个类承担的职责过多,就相当于将这些职责耦合在一起,当其中一个职责变化时,可能会影响其它职责的运作,因此要将这些职责进行分离,将不同的职责封装在不同的类中;即将不同的变化原因封装在不同的类中,如果多个职责总是同时发生改变,可将它们封装在同一类中。
2.开闭原则(open close principle)
一个软件实体应当对扩展开放,对修改关闭。即软件实体应尽量在不修改原有代码的情况下进行扩展
软件实体可以指一个软件模块,一个由多个类组成的局部结构或一个独立的类。
任何软件都需要面临一个很重要的问题,即它们的需求会随时间的推移而发生变化。当软件系统需要面对新的需求时,我们应该尽量保证系统的设计框架是稳定的。如果一个软件设计符合开闭原则,那么可以非常方便地对系统进行扩展,而且在扩展时无需修改现有代码,使得软件系统在拥有适应性和灵活性的同时具备较好的稳定性和延续性。随着软件规模越来越大,软件寿命越来越长,软件维护成本越来越高,设计满足开闭原则的软件系统也变得越来越重要。
为了满足开闭原则,需要对系统进行抽象化设计,抽象化是开闭原则的关键。在Java、C#等变成语言中,可以为系统定义一个相对稳定的抽象层,而将不同的实现行为移至具体的实现层中完成。在很多面向对象编程语言中都提供了接口、抽象类的机制,可以通过它们定义系统的抽象层,再通过具体类来进行扩展。如果需要修改系统的行为,无需对抽象层进行任何改动,只需要增加新的具体类来实现新的业务功能即可,在实现不修改已有代码的基础上扩展系统的功能,达到开闭原则的要求。
3.里氏代换原则(liskov substitution principle)
所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象
在软件中将一个基类对象替换成它的子类对象,程序将不会产生任何错误和异常,反过来则不成立,如果一个软件实体使用的是一个子类对象的话,那么它不一定能够使用基类对象。
里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一,由于使用基类对象的地方都可以使用子类对象,因此在程序中尽量使用基类类型来对对象进行定义,而在运行时再确定其子类类型,用子类对象来替换父类对象。
使用里氏代换原则时需要注意以下几个问题:
1. 子类的所有方法必须在父类中声明,或子类必须实现父类中声明的所有方法。根据里氏代换原则,为了保证系统的扩展性,在程序中通常使用父类来进行定义,如果一个方法只存在子类中,在父类中不提供相应的声明,则无法在以父类定义的对象中使用该方法。
2. 我们在运用里氏代换原则时,尽量把父类设计为抽象类或者接口,让子类继承父类或实现父接口,并实现在父类中声明的方法,运行时,子类实例替换父类实例,我们可以很方便地扩展系统的功能,同时无需修改原有子类的代码,增加新的功能可以通过增加一个新的子类来实现。
3. Java语言中,在编译阶段,Java编译器会检查一个程序是否符合里氏代换原则,这是一个与实现无关的、纯语法意义上的检查,但Java编译器的检查是有局限的。
4.依赖倒转原则(dependence inversion principle)
抽象不应该依赖于细节,细节应当依赖于抽象。换言之,要针对接口编程,而不是针对实现编程
它要求我们在程序代码中传递参数时或在关联关系中,尽量引用层次高的抽象层类,即使用接口和抽象类进行变量类型声明、参数类型声明、方法返回类型声明,以及数据类型的转换等,而不要用具体类来做这些事情。为了确保该原则的应用,一个具体类应当只实现接口或抽象类中声明过的方法,而不要给出多余的方法,否则将无法调用到在子类中增加的新方法。
在引入抽象层后,系统将具有很好的灵活性,在程序中尽量使用抽象层进行编程,而将具体类写在配置文件中,这样一来,如果系统行为发生变化,只需要对抽象层进行扩展,并修改配置文件,而无需修改原有系统的源代码,在不修改的情况下来扩展系统的功能,满足开闭原则的要求。
开闭原则是目标,里氏代换原则是基础,依赖倒转原则是手段,它们相辅相成,相互补充,目标一致,只是分析问题时所站角度不同而已
5.接口隔离原则(interface segregation principle)
使用多个专门的接口,而不使用单一的总接口,即客户端不应该依赖那些它不需要的接口
当一个接口太大时,我们需要将它分割成一些更细小的接口,使用该接口的客户端仅需知道与之相关的方法即可。每一个接口应该承担一种相对独立的角色,不干不该干的事,该干的事都要干。这里的接口往往有两种不同的含义:一种是指一个类型所具有的方法特征的集合,仅仅是一种逻辑上的抽象;另外一种是指某种语言具体的接口定义,有严格的定义和结构,比如Java语言中的interface,对于这两种不同的含义,接口隔离原则的表达方式以及含义有所不同:
1. 当把接口理解成一个类型所提供的所有方法特征的集合的时候,这就是一种逻辑上的概念,接口的划分将直接带来类型的划分。可以把接口理解成角色,一个接口只能代表一个角色,每个角色都有它特定的一个接口,此时,这个原则叫做角色隔离原则。
2. 如果把接口理解成狭义的特定语言的接口,那么可以理解成接口仅仅提供客户端需要的行为,客户端不需要的行为则隐藏起来,应当为客户端提供尽可能小的单独的接口,而不要提供大的总接口。在面向对象编程语言中,实现一个接口就需要实现该接口中定义的所有方法,因此大的总接口使用起来不一定很方便,为了使接口的职责单一,需要将大接口中的方法根据其职责不同分别放在不同的小接口中,以确保每个接口使用起来都比较方便,并都承担某一单一角色。接口应该尽量细化,同时接口中方法应该尽量少,每个接口中只包含一个客户端所需要的方法即可,这种机制也称为“定制服务”,即为不同的客户端提供宽窄不同的接口。
在使用接口隔离原则时,我们需要注意控制接口的粒度,接口不能太小,如果太小会导致系统中接口泛滥,不利于维护;接口也不能太大,太大的接口将违背接口隔离原则,灵活性交叉,使用起来不方便。
6.迪米特法则(law of demeter)
一个软件实体应当尽可能少地与其它实体发生相互作用
如果一个系统符合迪米特法则,那么当其中一个模块发生修改时,就会尽量少地影响其它模块,扩展会相对容易,这是对软件实体之间通信的限制,迪米特法则要求限制软件实体之间通信的宽度和深度。迪米特法则可降低系统的耦合度,使类与类之间保持松散的耦合关系。
迪米特法则还有几种定义形式,包括:不要和“陌生人”说话,只与你的直接朋友通信等。对于一个对象,其朋友包括以下几类:
1. 当前对象本身(this);
2. 以参数形式传入到当前对象方法中的对象;
3. 当前对象的成员对象;
4. 如果当前对象的成员对象是一个集合,那么集合中的元素也都是朋友;
5. 当前对象所创建的对象。
任何一个对象,如果满足上面的条件之一,就是当前对象的朋友,否则就是陌生人。在应用迪米特法则时,一个对象只能与直接朋友发生交互,不要与陌生人发生直接交互,这样做可以降低系统的耦合度,一个对象的改变不会给太多其他对象带来影响。
迪米特法则要求我们在设计系统时,应该尽量减少对象之间的交互,如果两个对象之间不必彼此直接通信,那么这两个对象就不应当发生任何直接的相互作用,如果其中的一个对象需要调用另一个对象的某一个方法的话,可以通过第三者转发这个调用。简言之,就是通过引入一个合理的第三者来降低现有对象之间的耦合度。
在将迪米特法则运用到系统设计中时,要注意以下几点:在类的划分上,应当尽量创建松耦合的类,类之间的耦合度越低,就越有利于复用,一个处在松耦合中的类一旦被修改,不会对关联的类造成太大波及;在类的结构设计上,每一个类都应当尽量降低其成员变量和成员函数的访问权限;在类的设计上,只要有可能,一个类型应当设计成不变类;在对其他类的引用上,一个对象对其他对象的引用应当降到最低。
参考网址:
面向对象设计原则