面向对象设计原则

前言

在面向对象的软件设计中，只有尽量降低各个模块之间的耦合度，才能提高代码的复用率，系统的可维护性、可扩展性才能提高。面向对象的软件设计中，有23种经典的设计模式，是一套前人代码设计经验的总结，如果把设计模式比作武功招式，那么设计原则就好比是内功心法。常用的设计原则有七个，本文将具体介绍单一职责原则。

设计原则简介

单一职责原则：专注降低类的复杂度，实现类要职责单一；
开放关闭原则：所有面向对象原则的核心，设计要对扩展开发，对修改关闭；
里式替换原则：实现开放关闭原则的重要方式之一，设计不要破坏继承关系；（只要有父类出现的地方，都可以用子类来替换）
依赖倒置原则：系统抽象化的具体实现，要求面向接口编程，是面向对象设计的主要实现机制之一；
接口隔离原则：要求接口的方法尽量少，接口尽量细化；
迪米特法则：降低系统的耦合度，使一个模块的修改尽量少的影响其他模块，扩展会相对容易；
组合复用原则：在软件设计中，尽量使用组合/聚合而不是继承达到代码复用的目的。

这些设计原则并不说我们一定要遵循他们来进行设计，而是根据我们的实际情况去怎么去选择使用他们，来让我们的程序做的更加的完善。

单一职责原则

就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因，通俗的说，就是一个类只负责一项职责。此原则的核心就是解耦和增强内聚性。

如果一个类承担的职责过多，就等于把这些职责耦合在一起，一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类完成其他职责的能力。这种耦合会导致脆弱的设计。

优点：

（1）降低类的复杂度；

（2）提高类的可读性，提高系统的可维护性；

（3）降低变更引起的风险（降低对其他功能的影响）。

链接：https://juejin.cn/post/6960839149699989512

开放关闭原则

简介

开放封闭原则是这样表述的：

软件实体（类、模块、函数）应该对扩展开放，对修改封闭。

这个说法是 Bertrand Meyer 在其著作《面向对象软件构造》（Object-Oriented Software Construction）中提出来的，它给软件设计提出了一个极高的要求：不修改代码。

或许你想问，不修改原有代码，那我怎么实现新的需求呢？答案就是靠扩展。用更通俗的话来解释，就是新需求应该用新代码实现。

开放封闭原则向我们描述的是一个结果，就是我们可以不修改原有代码而仅凭扩展就完成新功能。但是，这个结果的前提是要在软件内部留好扩展点，而这正是需要我们去设计的地方。因为每一个扩展点都是一个需要设计的模型。

解释

举个例子，假如我们正在开发一个酒店预订系统，针对不同的用户，我们需要计算出不同的房价。比如，普通用户是全价，金卡是 8 折，银卡是 9 折，代码写出来可能是这样的：

class HotelService {
  public double getRoomPrice(final User user, final Room room) {
    double price = room.getPrice();
    if (user.getLevel() == Level.GOLD) {
      return price * 0.8;
    }
    
    if (user.getLevel() == Level.SILVER) {
      return price * 0.9;
    }
    
    return price;
  }
}

这时，新的需求来了，要增加白金卡会员，给出 75 折的优惠，如法炮制的写法应该是这样的：

class HotelService {
  public double getRoomPrice(final User user, final Room room) {
    double price = room.getPrice();
    if (user.getLevel() == UserLevel.GOLD) {
      return price * 0.8;
    }
    
    if (user.getLevel() == UserLevel.SILVER) {
      return price * 0.9;
    }
    
    if (user.getLevel() == UserLevel.PLATINUM) {
      return price * 0.75;
    }
    
    return price;
  }
}

显然，这种做法就是修改代码的做法，每增加一个新的类型就要修改一次代码。但是，一个有各种级别用户的酒店系统肯定不只是房价有区别，提供的服务也可能有区别。可想而知，每增加一个用户级别，我们要改的代码就漫山遍野。

那应该怎么办呢？我们应该考虑如何把它设计成一个可以扩展的模型。在这个例子里面，既然每次要增加的是用户级别，而且各种服务的差异都体现在用户级别上，我们就需要一个用户级别的模型。在前面的代码里，用户级别只是一个简单的枚举，我们可以给它丰富一下：

interface UserLevel {
  double getRoomPrice(Room room);
}

class GoldUserLevel implements UserLevel {
  public double getRoomPrice(final Room room) {
    return room.getPrice() * 0.8;
  }
}

class SilverUserLevel implements UserLevel {
  public double getRoomPrice(final Room room) {
    return room.getPrice() * 0.9;
  }
}

我们原来的代码就可以变成这样：

class HotelService {
  public double getRoomPrice(final User user, final Room room) {
    return user.getRoomPrice(room);
  }
}

class User {
  private UserLevel level;
  ...
  
  public double getRoomPrice(final Room room) {
    return level.getRoomPrice(room);
  }
}

这样一来，再增加白金用户，我们只要写一个新的类就好了：

class PlatinumUserLevel implements UserLevel {
  public double getRoomPrice(final Room room) {
    return room.getPrice() * 0.75;
  }
}

之所以我们可以这么做，是因为我们在代码里留好了扩展点：UserLevel。在这里，我们把原来的只支持枚举值的 UserLevel 升级成了一个有行为的 UserLevel。

经过这番改造，HotelService 的 getRoomPrice 这个方法就稳定了下来，我们就不需要根据用户级别不断地调整这个方法了。至此，我们就拥有了一个稳定的构造块，可以在后期的工作中把它当做一个稳定的模块来使用。

当然，在这个例子里，这个方法是比较简单的。而在实际的项目中，业务方法都会比较复杂。

链接：https://juejin.cn/post/6960852120367005726

里氏替换原则

链接：https://www.jianshu.com/p/cf9f3c7c0df5

https://juejin.cn/post/6961203475640221704

在学习java类的继承时，我们知道继承有一些优点：

子类拥有父类的所有方法和属性，从而可以减少创建类的工作量。
提高了代码的重用性。
提高了代码的扩展性，子类不但拥有了父类的所有功能，还可以添加自己的功能。

但又有点也同样存在缺点：

继承是侵入性的。只要继承，就必须拥有父类的所有属性和方法。
降低了代码的灵活性。因为继承时，父类会对子类有一种约束。
增强了耦合性。当需要对父类的代码进行修改时，必须考虑到对子类产生的影响。有时修改了一点点代码都有可能需要对打断程序进行重构。

如何扬长避短呢？方法是引入里氏替换原则。

定义

第一种定义，也是最正宗的定义：If for each object o1 of type S there is an object o2 of type T such that for all programs P defined in terms of T,the behavior of P is unchanged when o1 is substituted for o2 then S is a subtype of T.
如果对每一个类型为S的对象o1，都有类型为T的对象o2，使得以T定义的所有程序P在所有的对象o1都代换成o2时，程序P的行为没有发生变化，那么类型S是类型T的子类型。
第二种定义：Functions that use pointers or references to base classes must be able to useobjects of derived classes without knowing it.
所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

第二种定义比较通俗，容易理解：只要有父类出现的地方，都可以用子类来替代，而且不会出现任何错误和异常。但是反过来则不行，有子类出现的地方，不能用其父类替代。

四层含义

里氏替换原则对继承进行了规则上的约束，这种约束主要体现在四个方面：

子类必须实现父类的抽象方法，但不得重写（覆盖）父类的非抽象（已实现）方法。
子类中可以增加自己特有的方法。
当子类重载父类的方法时（方法参数不一致），方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松。如——
- 若 A类 f(Map() map)， AA类 f(HashMap() map) 且在代码里AA替换了A，此时参数调用传入 HashMap类型（具体类型）的参数 mapParam仅执行AA类的方法；（父类不可以被子类替换）
- 若 A类 f(HashMap() map)，AA类 f(Map() map) 且在代码里AA替换了A，此时参数调用传入 HashMap类型（具体类型）的参数 mapParam仅执行A类的方法（父类可以被子类替换）
当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格。如——
- abstract A类：Map f()； AA类：HashMap f(); HashMap可以替换Map类型
- abstract A类：HashMap f()， AA类：Map f(); 编译报错

依赖倒置原则

https://juejin.cn/post/6961568751720333342

谁依赖谁

依赖倒置原则（Dependency inversion principle，简称 DIP）是这样表述的：

高层模块不应依赖于低层模块，二者应依赖于抽象。

抽象不应依赖于细节，细节应依赖于抽象。

学习这个原则，最重要的是要理解“倒置”，而要理解什么是“倒置”，就要先理解所谓的“正常依赖”是什么样的。

我们很自然地就会写出类似下面的这种代码：

class CriticalFeature {   // 高层模块
  private Step1 step1;
  private Step2 step2;
  ...
  
  void run() {
    // 执行第一步
    step1.execute();   // 低层模块
    // 执行第二步
    step2.execute();
    ...
  }
}

但是，这种未经审视的结构天然就有一个问题：高层模块会依赖于低层模块。在上面这段代码里，CriticalFeature 类就是高层类，Step1 和 Step2 就是低层模块，而且 Step1 和 Step2 通常都是具体类。虽然这是一种自然而然的写法，但是这种写法确实是有问题的。

在实际的项目中，代码经常会直接耦合在具体的实现上。比如，我们用 Kafka 做消息传递，我们就在代码里直接创建了一个 KafkaProducer 去发送消息。我们就可能会写出这样的代码：

class Handler {
  private KafkaProducer producer;
  
  void send() {
    ...
    Message message = ...;
    producer.send(new KafkaRecord<>("topic", message);
    ...
  }
}

也许你会问，我就是用了 Kafka 发消息，创建一个 KafkaProducer，这有什么问题吗？其实，我们需要站在长期的角度去看，什么东西是变的、什么东西是不变的。Kafka 虽然很好，但它并不是系统最核心的部分，我们在未来是可能把它换掉的。

你可能会想，这可是我实现的一个关键组件，我怎么可能会换掉它呢？软件设计需要关注长期、放眼长期，所有那些不在自己掌控之内的东西，都是有可能被替换的。其实，替换一个中间件是经常发生的。所以，依赖于一个可能会变的东西，从设计的角度看，并不是一个好的做法。那我们应该怎么做呢？这就轮到倒置登场了。

所谓倒置，就是把这种习惯性的做法倒过来，让高层模块不再依赖于低层模块。那要是这样的话，我们的功能又该如何完成呢？计算机行业中一句名言告诉了我们答案：

计算机科学中的所有问题都可以通过引入一个间接层得到解决。

是的，引入一个间接层。这个间接层指的就是 DIP 里所说的抽象。也就是说，这段代码里面缺少了一个模型，而这个模型就是这个低层模块在这个过程中所承担的角色。

依赖于抽象

抽象不应依赖于细节，细节应依赖于抽象。

其实，这个可以更简单地理解为一点：依赖于抽象，从这点出发，我们可以推导出一些更具体的指导编码的规则：

任何变量都不应该指向一个具体类；
任何类都不应继承自具体类；
任何方法都不应该改写父类中已经实现的方法。

举个List 声明的例子，其实背后遵循的就是这里的第一条规则：

List<String> list = new ArrayList<>();

posted on 2023-08-25 15:03 gogoy 阅读(6) 评论(0) 编辑收藏举报

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