×

面向对象的六大原则

96
米莉_L
2016.11.22 09:44* 字数 8842

单一职责原则 (SRP)


全称

SRP , Single Responsibility Principle 单一职责原则

说明

一个类应该是只有一组相关性比较高的函数、数据的封装。 就一个类而言,应该只专注于做一件事和仅有一个引起它变化的原因。通俗的说,即一个类只负责一项职责。

所谓职责,我们可以理解他为功能,就是设计的这个类功能应该只有一个。也可以理解为引起变化的原因,当有两个变化会要求修改这个类,那么就要考虑拆分这个类了。

优点

  1. 可以降低类的复杂度,一个类只负责一项职责,其逻辑肯定要比负责多项职责简单的多;
  2. 提高类的可读性,提高系统的可维护性;
  3. 变更引起的风险降低,变更是必然的,如果单一职责原则遵守的好,当修改一个功能时,可以显著降低对其他功能的影响。
  4. 消除耦合,减小因需求变化引起代码僵化。

实现

问题由来:类T负责两个不同的职责:职责P1,职责P2。当由于职责P1需求发生改变而需要修改类T时,有可能会导致原本运行正常的职责P2功能发生故障。

解决方案:遵循单一职责原则。分别建立两个类T1、T2,使T1完成职责P1功能,T2完成职责P2功能。这样,当修改类T1时,不会使职责P2发生故障风险;同理,当修改T2时,也不会使职责P1发生故障风险。

但是如何划分一个类、一个函数的职责,每个人都有自己的看法,这需要根据个人经验、具体的业务逻辑而定。但是也有一些基本的原则,例如,两个完全不一样的功能就不应该放在一个类中。

  1. 接口职责单一,不过分耦合不关联的方法在同一个接口里
  2. 方法职责单一,比如修改用户姓名、电话、身份证数据,尽量不通过一个方法传入多个参数去同时修改,而是分成对应一个数据一个方法,令方法粒度足够小
  3. 影响结构变化的原因要单一

案例

说到单一职责原则,很多人都会不屑一顾。因为它太简单了。稍有经验的程序员即使从来没有读过设计模式、从来没有听说过单一职责原则,在设计软件时也会自觉的遵守这一重要原则,因为这是常识。在软件编程中,谁也不希望因为修改了一个功能导致其他的功能发生故障。而避免出现这一问题的方法便是遵循单一职责原则。虽然单一职责原则如此简单,并且被认为是常识,但是即便是经验丰富的程序员写出的程序,也会有违背这一原则的代码存在。为什么会出现这种现象呢?因为有职责扩散。所谓职责扩散,就是因为某种原因,职责P被分化为粒度更细的职责P1和P2。

比如:类T只负责一个职责P,这样设计是符合单一职责原则的。后来由于某种原因,也许是需求变更了,也许是程序的设计者境界提高了,需要将职责P细分为粒度更细的职责P1,P2,这时如果要使程序遵循单一职责原则,需要将类T也分解为两个类T1和T2,分别负责P1、P2两个职责。但是在程序已经写好的情况下,这样做简直太费时间了。所以,简单的修改类T,用它来负责两个职责是一个比较不错的选择,虽然这样做有悖于单一职责原则。(这样做的风险在于职责扩散的不确定性,因为我们不会想到这个职责P,在未来可能会扩散为P1,P2,P3,P4……Pn。所以记住,在职责扩散到我们无法控制的程度之前,立刻对代码进行重构。)

举例说明,用一个类描述动物呼吸这个场景:

class Animal{
    public void breathe(String animal){
        System.out.println(animal+"呼吸空气");
    }
}
public class Client{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal = new Animal();
        animal.breathe("牛");
        animal.breathe("羊");
    }
} 

运行结果:
牛呼吸空气
羊呼吸空气

程序上线后,发现问题了,并不是所有的动物都呼吸空气的,比如鱼就是呼吸水的。修改时如果遵循单一职责原则,需要将Animal类细分为陆生动物类Terrestrial,水生动物Aquatic,代码如下:

class Terrestrial{
    public void breathe(String animal){
        System.out.println(animal+"呼吸空气");
    }
}
class Aquatic{
    public void breathe(String animal){
        System.out.println(animal+"呼吸水");
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        Terrestrial terrestrial = new Terrestrial();
        terrestrial.breathe("牛");
        terrestrial.breathe("羊");

        Aquatic aquatic = new Aquatic();
        aquatic.breathe("鱼");
    }
}

运行结果:
牛呼吸空气
羊呼吸空气
鱼呼吸水

我们会发现如果这样修改花销是很大的,除了将原来的类分解之外,还需要修改客户端。而直接修改类Animal来达成目的虽然违背了单一职责原则,但花销却小的多,代码如下:

class Animal{
    public void breathe(String animal){
        if("鱼".equals(animal)){
            System.out.println(animal+"呼吸水");
        }else{
            System.out.println(animal+"呼吸空气");
        }
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal = new Animal();
        animal.breathe("牛");
        animal.breathe("羊");
        animal.breathe("猪");
        animal.breathe("鱼");
    }
} 

可以看到,这种修改方式要简单的多。但是却存在着隐患:有一天需要将鱼分为呼吸淡水的鱼和呼吸海水的鱼,则又需要修改Animal类的breathe方法,而对原有代码的修改会对调用“猪”“牛”“羊”等相关功能带来风险,也许某一天你会发现程序运行的结果变为“牛呼吸水”了。这种修改方式直接在代码级别上违背了单一职责原则,虽然修改起来最简单,但隐患却是最大的。还有一种修改方式:

class Animal{
    public void breathe(String animal){
        System.out.println(animal+"呼吸空气");
    }

    public void breathe2(String animal){
        System.out.println(animal+"呼吸水");
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal = new Animal();
        animal.breathe("牛");
        animal.breathe("羊");
        animal.breathe("猪");
        animal.breathe2("鱼");
    }
} 

可以看到,这种修改方式没有改动原来的方法,而是在类中新加了一个方法,这样虽然也违背了单一职责原则,但在方法级别上却是符合单一职责原则的,因为它并没有动原来方法的代码。这三种方式各有优缺点,那么在实际编程中,采用哪一中呢?其实这真的比较难说,需要根据实际情况来确定。

只有逻辑足够简单,才可以在代码级别上违反单一职责原则;只有类中方法数量足够少,才可以在方法级别上违反单一职责原则;

例如本文所举的这个例子,它太简单了,它只有一个方法,所以,无论是在代码级别上违反单一职责原则,还是在方法级别上违反,都不会造成太大的影响。实际应用中的类都要复杂的多,一旦发生职责扩散而需要修改类时,除非这个类本身非常简单,否则还是遵循单一职责原则的好。

里氏替换原则 (LSP)


全称

LSP , Liskov Substitution Principle , 里氏替换原则

说明

里氏替换原则依赖于继承、多态。只要父类能出现的地方子类就可以出现(因为继承),而且替换为子类也不会产生任何错误或异常,使用者不需要知道是父类还是子类。但是反过来不行,有子类出现的地方,父类未必适应(子类有的方法父类未必有)。

优点

  • 代码重用,减少创建类的成本,每个子类都拥有父类的方法和属性;
  • 子类和父类基本相似,但又有却别;
  • 提高代码可扩展性
  • 可以很容易的实现同一父类下各个子类的互换,而客户端可以毫不察觉。

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;
  • 可能造成子类代码冗余、灵活性降低,因为子类必须拥有父类的属性和方法。

实现

  • 问题由来:有一功能P1,由类A完成。现需要将功能P1进行扩展,扩展后的功能为P,其中P由原有功能P1与新功能P2组成。新功能P由类A的子类B来完成,则子类B在完成新功能P2的同时,有可能会导致原有功能P1发生故障。
  • 解决方案:当使用继承时,遵循里氏替换原则。类B继承类A时,除添加新的方法完成新增功能P2外,尽量不要重写父类A的方法,也尽量不要重载父类A的方法。

里氏替换原则的核心原理是抽象,抽象又依赖于继承这个特性。

  1. 子类必须完全实现父类的方法
  2. 子类可以有自己的修改(即重写, 重载, 或其添加它父类中没有的方法等)
  3. 子类中override的方法,传入参数类型必须是与父类相同类型,或是子类型

原话是:覆盖或实现父类的方法时 输入参数可以被放大(即子类化),但一般编程时override都是使用相同的类型,使用时才因应多态性传入子类使用。

  1. 子类中override的方法,返回类型必须是与父类相同类型,或是子类型

原话是:覆盖或实现父类的方法时 输出结果可以被缩小(即父化)

实例

继承包含这样一层含义:父类中凡是已经实现好的方法(相对于抽象方法而言),实际上是在设定一系列的规范和契约,虽然它不强制要求所有的子类必须遵从这些契约,但是如果子类对这些非抽象方法任意修改,就会对整个继承体系造成破坏。而里氏替换原则就是表达了这一层含义。

继承作为面向对象三大特性之一,在给程序设计带来巨大便利的同时,也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性,程序的可移植性降低,增加了对象间的耦合性,如果一个类被其他的类所继承,则当这个类需要修改时,必须考虑到所有的子类,并且父类修改后,所有涉及到子类的功能都有可能会产生故障

举例说明继承的风险,我们需要完成一个两数相减的功能,由类A来负责。

class A{
    public int func1(int a, int b){
        return a-b;
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        A a = new A();
        System.out.println("100-50="+a.func1(100, 50));
        System.out.println("100-80="+a.func1(100, 80));
    }
} 

运行结果:
100-50=50
100-80=20

后来,我们需要增加一个新的功能:完成两数相加,然后再与100求和,由类B来负责。即类B需要完成两个功能:

两数相减。两数相加,然后再加100。
由于类A已经实现了第一个功能,所以类B继承类A后,只需要再完成第二个功能就可以了,代码如下:

class B extends A{
    public int func1(int a, int b){
        return a+b;
    }
    
    public int func2(int a, int b){
        return func1(a,b)+100;
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        B b = new B();
        System.out.println("100-50="+b.func1(100, 50));
        System.out.println("100-80="+b.func1(100, 80));
        System.out.println("100+20+100="+b.func2(100, 20));
    }
} 

类B完成后,运行结果:
100-50=150
100-80=180
100+20+100=220

我们发现原本运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类B在给方法起名时无意中重写了父类的方法,造成所有运行相减功能的代码全部调用了类B重写后的方法,造成原本运行正常的功能出现了错误。在本例中,引用基类A完成的功能,换成子类B之后,发生了异常。在实际编程中,我们常常会通过重写父类的方法来完成新的功能,这样写起来虽然简单,但是整个继承体系的可复用性会比较差,特别是运用多态比较频繁时,程序运行出错的几率非常大。如果非要重写父类的方法,比较通用的做法是:原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类,原有的继承关系去掉,采用依赖、聚合,组合等关系代替。

里氏替换原则通俗的来讲就是:子类可以扩展父类的功能,但不能改变父类原有的功能。它包含以下4层含义:

  1. 子类可以实现父类的抽象方法,但不能覆盖父类的非抽象方法。
  2. 子类中可以增加自己特有的方法。
  3. 当子类的方法重载父类的方法时,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。
  4. 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。

看上去很不可思议,因为我们会发现在自己编程中常常会违反里氏替换原则,程序照样跑的好好的。所以大家都会产生这样的疑问,假如我非要不遵循里氏替换原则会有什么后果?后果就是:你写的代码出问题的几率将会大大增加。

依赖倒置原则 (DIP)


全称

DIP, Dependence Inversion Principle , 依赖倒置原则

说明

模块间的依赖通过抽象发生,实现类之间不发生直接的依赖关系,其依赖关系是通过接口和抽象类产生的。

即面向接口编程,或者说是面向抽象编程。依赖抽象(接口或者抽象类),而不依赖具体实现。高层次(调用端)的模块不依赖于低层次(实现类)的模块的实现细节。细节:实现类,实现接口或者继承抽象类而产生的类就是细节,可以直接被实例化.

优点

使用传统过程化程序设计所创建的依赖关系,策略依赖于细节,这是糟糕的,因为策略受到细节改变的影响。依赖倒置原则使细节和策略都依赖于抽象,抽象的稳定性决定了系统的稳定性

遵循依赖倒置原则可以降低类之间的耦合性,提高系统的稳定性,降低修改程序造成的风险。

缺点

在抽象层次上的耦合虽然有灵活性,但也带来了额外的复杂性,如果一个具体类发生变化的可能性非常小,那么抽象耦合能发挥的好处便十分有限,这时可以用具体耦合反而会更好。

实现

  • 问题由来:类A直接依赖类B,假如要将类A改为依赖类C,则必须通过修改类A的代码来达成。这种场景下,类A一般是高层模块,负责复杂的业务逻辑;类B和类C是低层模块,负责基本的原子操作;假如修改类A,会给程序带来不必要的风险。

  • 解决方案:将类A修改为依赖接口I,类B和类C各自实现接口I,类A通过接口I间接与类B或者类C发生联系,则会大大降低修改类A的几率。

抽象方式耦合是依赖倒转原则的关键。抽象耦合关系总要涉及具体类从抽象类继承,并且需要保证在任何引用到基类的地方都可以改换成其子类,因此,里氏代换原则是依赖倒转原则的基础

  • 层次化: 所有结构良好的面向对象构架都具有清晰的层次定义,每个层次通过一个定义良好的、受控的接口向外提供一组内聚的服务。

  • 依赖于抽象: 建议不依赖于具体类,即程序中所有的依赖关系都应该终止于抽象类或者接口。 尽量做到:

  1. 任何变量都不应该持有一个指向具体类的指针或者引用。
  2. 任何类都不应该从具体类派生。
  3. 任何方法都不应该覆写它的任何基类中的已经实现的方法。

实例

依赖倒置原则基于这样一个事实:相对于细节的多变性,抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建起来的架构比以细节为基础搭建起来的架构要稳定的多。在java中,抽象指的是接口或者抽象类,细节就是具体的实现类,使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约,而不去涉及任何具体的操作,把展现细节的任务交给他们的实现类去完成。

依赖倒置原则的核心思想是面向接口编程,下面用一个例子来说明面向接口编程比相对于面向实现编程好在什么地方。场景是这样的,母亲给孩子讲故事,只要给她一本书,她就可以照着书给孩子讲故事了。

class Book{
    public String getContent(){
        return "很久很久以前有一个阿拉伯的故事……";
    }
}

class Mother{
    public void narrate(Book book){
        System.out.println("妈妈开始讲故事");
        System.out.println(book.getContent());
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        Mother mother = new Mother();
        mother.narrate(new Book());
    }
} 
运行结果:
妈妈开始讲故事
很久很久以前有一个阿拉伯的故事……

运行良好,假如有一天,需求变成这样:不是给书而是给一份报纸,让这位母亲讲一下报纸上的故事,报纸的代码如下:

class Newspaper{
    public String getContent(){
        return "林书豪38+7领导尼克斯击败湖人……";
    }
} 

a

我们引入一个抽象的接口IReader。读物,只要是带字的都属于读物:

interface IReader{
    public String getContent();
} 

Mother类与接口IReader发生依赖关系,而BookNewspaper都属于读物的范畴,他们各自都去实现IReader接口,这样就符合依赖倒置原则了。

class Newspaper implements IReader {
    public String getContent(){
        return "林书豪17+9助尼克斯击败老鹰……";
    }
}
class Book implements IReader{
    public String getContent(){
        return "很久很久以前有一个阿拉伯的故事……";
    }
}

class Mother{
    public void narrate(IReader reader){
        System.out.println("妈妈开始讲故事");
        System.out.println(reader.getContent());
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        Mother mother = new Mother();
        mother.narrate(new Book());
        mother.narrate(new Newspaper());
    }
}
运行结果:
妈妈开始讲故事
很久很久以前有一个阿拉伯的故事……
妈妈开始讲故事
林书豪17+9助尼克斯击败老鹰……

这样修改后,无论以后怎样扩展Client类,都不需要再修改Mother类了。这只是一个简单的例子,实际情况中,代表高层模块的Mother类将负责完成主要的业务逻辑,一旦需要对它进行修改,引入错误的风险极大。

采用依赖倒置原则给多人并行开发带来了极大的便利,比如上例中,原本Mother类与Book类直接耦合时,Mother类必须等Book类编码完成后才可以进行编码,因为Mother类依赖于Book类。修改后的程序则可以同时开工,互不影响,因为Mother与 Book 类一点关系也没有。参与协作开发的人越多、项目越庞大,采用依赖导致原则的意义就越重大。

传递依赖关系有三种方式,以上的例子中使用的方法是接口传递,另外还有两种传递方式:构造方法传递和setter方法传递。

在实际编程中,我们一般需要做到如下3点:

  • 低层模块尽量都要有抽象类或接口,或者两者都有。
  • 变量的声明类型尽量是抽象类或接口。
  • 使用继承时遵循里氏替换原则。

接口隔离原则 (ISP)


全称

ISP, Interface Segregation Principles 接口隔离原则

说明

客户端不应该依赖它不需要的接口。也就是说:在设计类时,我们需要将各种接口隔离,使用最少的接口,类之间的依赖应该建立在最小的接口上。说白了就是,让客户端依赖的接口尽量小。

使用多个专一功能的接口比使用一个的总接口总要好。从一个客户类的角度来讲:一个类对另外一个类的依赖性应当是建立在最小接口上的。过于臃肿的接口是对接口的污染,不应该强迫客户依赖于它们不用的方法。

优点

将非常庞大、臃肿的接口拆分成更小的和更具体的接口,这样客户只需要知道他们感兴趣的方法。目的就是:系统解耦合,从而容易重构,更改和重新部署。隔离了实现类的细节。

实现

  • 问题由来:类A通过接口I依赖类B,类C通过接口I依赖类D,如果接口I对于类A和类B来说不是最小接口,则类B和类D必须去实现他们不需要的方法。

  • 解决方案:将臃肿的接口I拆分为独立的几个接口,类A和类C分别与他们需要的接口建立依赖关系。也就是采用接口隔离原则。

不应该强迫用户依赖于他们不用的方法。

  1. 利用委托分离接口。
  2. 利用多继承分离接口。

实例

不遵循接口隔离原则


这个图的意思是:类A依赖接口I中的方法1、方法2、方法3,类B是对类A依赖的实现。类C依赖接口I中的方法1、方法4、方法5,类D是对类C依赖的实现。对于类B和类D来说,虽然他们都存在着用不到的方法(也就是图中红色字体标记的方法),但由于实现了接口I,所以也必须要实现这些用不到的方法。

interface I {
    public void method1();
    public void method2();
    public void method3();
    public void method4();
    public void method5();
}

class A{
    public void depend1(I i){
        i.method1();
    }
    public void depend2(I i){
        i.method2();
    }
    public void depend3(I i){
        i.method3();
    }
}

class B implements I{
    public void method1() {
        System.out.println("类B实现接口I的方法1");
    }
    public void method2() {
        System.out.println("类B实现接口I的方法2");
    }
    public void method3() {
        System.out.println("类B实现接口I的方法3");
    }
    //对于类B来说,method4和method5不是必需的,但是由于接口A中有这两个方法,
    //所以在实现过程中即使这两个方法的方法体为空,也要将这两个没有作用的方法进行实现。
    public void method4() {}
    public void method5() {}
}

class C{
    public void depend1(I i){
        i.method1();
    }
    public void depend2(I i){
        i.method4();
    }
    public void depend3(I i){
        i.method5();
    }
}

class D implements I{
    public void method1() {
        System.out.println("类D实现接口I的方法1");
    }
    public void method2() {}
    public void method3() {}

    public void method4() {
        System.out.println("类D实现接口I的方法4");
    }
    public void method5() {
        System.out.println("类D实现接口I的方法5");
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        A a = new A();
        a.depend1(new B());
        a.depend2(new B());
        a.depend3(new B());
        
        C c = new C();
        c.depend1(new D());
        c.depend2(new D());
        c.depend3(new D());
    }
} 

可以看到,如果接口过于臃肿,只要接口中出现的方法,不管对依赖于它的类有没有用处,实现类中都必须去实现这些方法,这显然不是好的设计。如果将这个设计修改为符合接口隔离原则,就必须对接口I进行拆分。
遵循接口隔离原则

 interface I1 {
    public void method1();
}

interface I2 {
    public void method2();
    public void method3();
}

interface I3 {
    public void method4();
    public void method5();
}

class A{
    public void depend1(I1 i){
        i.method1();
    }
    public void depend2(I2 i){
        i.method2();
    }
    public void depend3(I2 i){
        i.method3();
    }
}

class B implements I1, I2{
    public void method1() {
        System.out.println("类B实现接口I1的方法1");
    }
    public void method2() {
        System.out.println("类B实现接口I2的方法2");
    }
    public void method3() {
        System.out.println("类B实现接口I2的方法3");
    }
}

接口隔离原则的含义是:建立单一接口,不要建立庞大臃肿的接口,尽量细化接口,接口中的方法尽量少。也就是说,我们要为各个类建立专用的接口,而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。

本文例子中,将一个庞大的接口变更为3个专用的接口所采用的就是接口隔离原则。在程序设计中,依赖几个专用的接口要比依赖一个综合的接口更灵活。接口是设计时对外部设定的“契约”,通过分散定义多个接口,可以预防外来变更的扩散,提高系统的灵活性和可维护性。

接口隔离原则VS单一职责原则

说到这里,很多人会觉的接口隔离原则跟之前的单一职责原则很相似,其实不然。其一,单一职责原则原注重的是职责;而接口隔离原则注重对接口依赖的隔离。其二,单一职责原则主要是约束类,其次才是接口和方法,它针对的是程序中的实现和细节;而接口隔离原则主要约束接口接口,主要针对抽象,针对程序整体框架的构建。

采用接口隔离原则对接口进行约束时,要注意以下几点:

  • 接口尽量小,但是要有限度。如果过小,则会造成接口数量过多,使设计复杂化。所以一定要适度。
  • 为依赖接口的类定制服务,只暴露给调用的类它需要的方法,它不需要的方法则隐藏起来。只有专注地为一个模块提供定制服务,才能建立最小的依赖关系。
  • 提高内聚,减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

运用接口隔离原则,一定要适度,接口设计的过大或过小都不好。设计接口的时候,只有多花些时间去思考和筹划,才能准确地实践这一原则。

迪米特原则 (LOD)


全称

LOD, Law of Demeter, 迪米特原则 or LKP, Least Knowledge Principle, 最少知识原则

说明

对象与对象之间应该使用尽可能少的方法来关联,避免千丝万缕的关系。
一个对象应该对其他对象有最少的了解。一个类应该对自己需要耦合或调用的类知道的最少,类的内部如何实现与调用者或者依赖者没有关系,调用者或者依赖者只需知道它需要的方法即可。

优点

迪特米法则 的核心要求是类间解耦,低耦合。也就是说,对于被依赖的类来说,无论逻辑多么复杂,都尽量地的将逻辑封装在类的内部,对外除了提供的public方法,不对外泄漏任何信息。

类与类之间的关系越密切,耦合度越大,一个类发生改变时,对另一个类的影响也就越大,Only Talk To Your Immedate Friends 只于直接的朋友通信。直接朋友?每个对象都必然回去其他类有耦合关系,两个对象耦合就成为朋友关系。

缺点

实现此法则会令到系统产生大量的中转或中转类,导致系统的复杂性提高,给维护带来了难度。解耦是有限度的,在实际项目中,需要适度考虑这个原则,而不必过分遵循,不执行是不对的,但过分执行就是“过犹不及”。

实现

  • 问题由来:类与类之间的关系越密切,耦合度越大,当一个类发生改变时,对另一个类的影响也越大。

  • 解决方案:尽量降低类与类之间的耦合。

迪米特法则的主要用意是控制信息的过载,在将其运用到系统设计中应注意以下几点:

  1. 在类的划分上,应当创建有弱耦合的类。类之间的耦合越弱,就越有利于复用。
  2. 在类的结构设计上,每一个类都应当尽量降低成员的访问权限。一个类不应当public自己的属性,而应当提供取值和赋值的方法让外界间接访问自己的属性。
  3. 在类的设计上,只要有可能,一个类应当设计成不变类。
  4. 在对其它对象的引用上,一个类对其它对象的引用应该降到最低。

实现

自从我们接触编程开始,就知道了软件编程的总的原则:低耦合,高内聚。无论是面向过程编程还是面向对象编程,只有使各个模块之间的耦合尽量的低,才能提高代码的复用率。低耦合的优点不言而喻,但是怎么样编程才能做到低耦合呢?那正是迪米特法则要去完成的。

耦合的方式很多,依赖、关联、组合、聚合等。其中,我们称出现成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接的朋友,而出现在局部变量中的类则不是直接的朋友。也就是说,陌生的类最好不要作为局部变量的形式出现在类的内部。

举一个例子:有一个集团公司,下属单位有分公司和直属部门,现在要求打印出所有下属单位的员工ID。先来看一下违反迪米特法则的设计。

 //总公司员工
class Employee{
    private String id;
    public void setId(String id){
        this.id = id;
    }
    public String getId(){
        return id;
    }
}

//分公司员工
class SubEmployee{
    private String id;
    public void setId(String id){
        this.id = id;
    }
    public String getId(){
        return id;
    }
}

class SubCompanyManager{
    public List<SubEmployee> getAllEmployee(){
        List<SubEmployee> list = new ArrayList<SubEmployee>();
        for(int i=0; i<100; i++){
            SubEmployee emp = new SubEmployee();
            //为分公司人员按顺序分配一个ID
            emp.setId("分公司"+i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }
}

class CompanyManager{

    public List<Employee> getAllEmployee(){
        List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
        for(int i=0; i<30; i++){
            Employee emp = new Employee();
            //为总公司人员按顺序分配一个ID
            emp.setId("总公司"+i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }
    
    public void printAllEmployee(SubCompanyManager sub){
        List<SubEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
        for(SubEmployee e:list1){
            System.out.println(e.getId());
        }

        List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
        for(Employee e:list2){
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        CompanyManager e = new CompanyManager();
        e.printAllEmployee(new SubCompanyManager());
    }
} 

现在这个设计的主要问题出在CompanyManager中,根据迪米特法则,只与直接的朋友发生通信,而SubEmployee类并不是CompanyManager类的直接朋友(以局部变量出现的耦合不属于直接朋友),从逻辑上讲总公司只与他的分公司耦合就行了,与分公司的员工并没有任何联系,这样设计显然是增加了不必要的耦合。按照迪米特法则,应该避免类中出现这样非直接朋友关系的耦合。修改后的代码如下:

class SubCompanyManager{
    public List<SubEmployee> getAllEmployee(){
        List<SubEmployee> list = new ArrayList<SubEmployee>();
        for(int i=0; i<100; i++){
            SubEmployee emp = new SubEmployee();
            //为分公司人员按顺序分配一个ID
            emp.setId("分公司"+i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }
    public void printEmployee(){
        List<SubEmployee> list = this.getAllEmployee();
        for(SubEmployee e:list){
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

class CompanyManager{
    public List<Employee> getAllEmployee(){
        List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
        for(int i=0; i<30; i++){
            Employee emp = new Employee();
            //为总公司人员按顺序分配一个ID
            emp.setId("总公司"+i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }
    
    public void printAllEmployee(SubCompanyManager sub){
        sub.printEmployee();
        List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
        for(Employee e:list2){
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

修改后,为分公司增加了打印人员ID的方法,总公司直接调用来打印,从而避免了与分公司的员工发生耦合。

总结

迪米特法则的初衷是降低类之间的耦合,由于每个类都减少了不必要的依赖,因此的确可以降低耦合关系。但是凡事都有度,虽然可以避免与非直接的类通信,但是要通信,必然会通过一个“中介”来发生联系,例如本例中,总公司就是通过分公司这个“中介”来与分公司的员工发生联系的。过分的使用迪米特原则,会产生大量这样的中介和传递类,导致系统复杂度变大。所以在采用迪米特法则时要反复权衡,既做到结构清晰,又要高内聚低耦合。

开闭原则 (OCP)


全称

OCP , Open Close Principle 开闭原则

说明

程序中的对象(类、模块、函数等)应该对于扩展开放,对于修改是封闭的。

优点

按照OCP原则设计出来的系统,降低了程序各部分之间的耦合性,其适应性、灵活性、稳定性都比较好。

程序一旦开发完成,程序中的一个类的实现只因错误而被修改,当已有软件系统需要增加新的功能时,不需要对作为系统基础的抽象层进行修改,只需要在原有基础上附加新的模块就能实现所需要添加的功能。增加的新模块对原有的模块完全没有影响或影响很小,这样就无须为原有模块进行重新测试。

实现

  • 问题由来:在软件的生命周期内,因为变化、升级和维护等原因需要对软件原有代码进行修改时,可能会给旧代码中引入错误,也可能会使我们不得不对整个功能进行重构,并且需要原有代码经过重新测试。

  • 解决方案:当软件需要变化时,尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化,而不是通过修改已有的代码来实现变化。

在面向对象设计中,不允许更改的是系统的抽象层,而允许扩展的是系统的实现层。换言之,定义一个一劳永逸的抽象设计层,允许尽可能多的行为在实现层被实现。

解决问题关键在于抽象化,抽象化是面向对象设计的第一个核心本质。

在面向对象编程中,通过抽象类及接口,规定了具体类的特征作为抽象层,相对稳定,不需更改,从而满足“对修改关闭”;而从抽象类导出的具体类可以改变系统的行为,从而满足“对扩展开放”。

实例

开闭原则可能是设计模式六项原则中定义最模糊的一个了,它只告诉我们对扩展开放,对修改关闭,可是到底如何才能做到对扩展开放,对修改关闭。其实,我们遵循设计模式前面5大原则,以及使用23种设计模式的目的就是遵循开闭原则。

开闭原则无非就是想表达这样一层意思:用抽象构建框架,用实现扩展细节。

说到这里,再回想一下前面说的5项原则,恰恰是告诉我们用抽象构建框架,用实现扩展细节的注意事项而已:

  • 单一职责原则告诉我们实现类要职责单一;
  • 里氏替换原则告诉我们不要破坏继承体系;
  • 依赖倒置原则告诉我们要面向接口编程;
  • 接口隔离原则告诉我们在设计接口的时候要精简单一;
  • 迪米特法则告诉我们要降低耦合。
  • 而开闭原则是总纲,他告诉我们要对扩展开放,对修改关闭。

总结

对这六个原则的遵守并不是是和否的问题,而是多和少的问题,也就是说,我们一般不会说有没有遵守,而是说遵守程度的多少。任何事都是过犹不及,制定这六个原则的目的并不是要我们刻板的遵守他们,而需要根据实际情况灵活运用。对他们的遵守程度只要在一个合理的范围内,就算是良好的设计。


图中的每一条维度各代表一项原则,我们依据对这项原则的遵守程度在维度上画一个点,则如果对这项原则遵守的合理的话,这个点应该落在红色的同心圆内部;如果遵守的差,点将会在小圆内部;如果过度遵守,点将会落在大圆外部。一个良好的设计体现在图中,应该是六个顶点都在同心圆中的六边形。

在上图中,设计1、设计2属于良好的设计,他们对六项原则的遵守程度都在合理的范围内;设计3、设计4设计虽然有些不足,但也基本可以接受;设计5则严重不足,对各项原则都没有很好的遵守;而设计6则遵守过渡了,设计5和设计6都是迫切需要重构的设计。

笔记
Web note ad 1