一、單一職責(zé)原則（Single Responsibility Principle）

定義：一個(gè)類只負(fù)責(zé)一個(gè)功能領(lǐng)域中的相應(yīng)職責(zé)，或者可以定義為：就一個(gè)類而言，應(yīng)該只有一個(gè)引起它變化的原因。

 

問題由來：類T負(fù)責(zé)兩個(gè)不同的職責(zé)：職責(zé)P1，職責(zé)P2。當(dāng)由于職責(zé)P1需求發(fā)生改變而需要修改類T時(shí)，有 

可能會導(dǎo)致原本運(yùn)行正常的職責(zé)P2功能發(fā)生故障。

 

單一職責(zé)原則告訴我們：一個(gè)類不能太“累”！在軟件系統(tǒng)中，一個(gè)類（大到模塊，小到方法）承擔(dān)的職責(zé)越多，它被復(fù)用的可能性就越小，而且一個(gè)類承擔(dān)的職責(zé)過多，就相當(dāng)于將這些職責(zé)耦合在一起，當(dāng)其中一個(gè)職責(zé)變化時(shí)，可能會影響其他職責(zé)的運(yùn)作，因此要將這些職責(zé)進(jìn)行分離，將不同的職責(zé)封裝在不同的類中，即將不同的變化原因封裝在不同的類中，如果多個(gè)職責(zé)總是同時(shí)發(fā)生改變則可將它們封裝在同一類中。

 

單一職責(zé)原則是實(shí)現(xiàn)高內(nèi)聚、低耦合的指導(dǎo)方針，它是最簡單但又最難運(yùn)用的原則，需要設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)類的不同職責(zé)并將其分離，而發(fā)現(xiàn)類的多重職責(zé)需要設(shè)計(jì)人員具有較強(qiáng)的分析設(shè)計(jì)能力和相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

 

SRP在類或接口中的使用：

 

/**

上面的的類圖對應(yīng)的接口入下

*/

public interface IPhone{

  //撥通電話

  public void dial(String phoneNumber);

 

  //通話

  public void chat(Object o);

 

  //掛斷電話

  public void hangup();

}

在看到這個(gè)接口的時(shí)候，我們都會認(rèn)為這樣的設(shè)計(jì)是沒有問題的，撥通電話，通話，掛斷電話寫在同一個(gè)接口里面并沒有什么錯(cuò)。但是，我們仔細(xì)分析，這個(gè)接口真的沒有問題嗎？單一職責(zé)原則要求一個(gè)接口或類只有一個(gè)原因引起變化，也就是說一個(gè)接口或一個(gè)類只有一個(gè)原則，它就只負(fù)責(zé)一件事。 但我們分析上面這個(gè)接口，卻發(fā)現(xiàn)它包含了兩個(gè)職責(zé)：一個(gè)時(shí)協(xié)議管理，一個(gè)是數(shù)據(jù)傳送。dial()和hangup()兩個(gè)方法實(shí)現(xiàn)的是協(xié)議管理，分別是撥通電話和掛機(jī)。chat()實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)傳送，把我們說的話轉(zhuǎn)換成模擬信號或數(shù)字信號傳遞給對方，然后再把對方傳遞過來的信號還原成我們聽得懂的語言。這里的協(xié)議接通和數(shù)據(jù)傳送的變化都會引起該接口或?qū)崿F(xiàn)類的變化。我們想一想，這兩個(gè)職責(zé)會相互影響嗎？不管是什么協(xié)議，協(xié)議接通只負(fù)責(zé)將電話接通就行，而數(shù)據(jù)傳輸只需要傳輸數(shù)據(jù)，不必要去管協(xié)議是如何接通的。所以通過分析，IPhone接口包含了兩個(gè)職責(zé)，而且這兩個(gè)職責(zé)的變化不互相影響，這就可以考慮分成兩個(gè)接口。

 

籠統(tǒng)地講：是否需要拆分取決于變化：

 

當(dāng)變化發(fā)生，只影響其中一個(gè)職責(zé)，那就需要拆分

 

如果變化都影響到這兩個(gè)職責(zé)，那就不需要拆分。

 

SRP也適用于方法：

 

其實(shí)，單一職責(zé)原則不僅適用于類，接口，同樣適用于方法中。這要舉一個(gè)例子了，比如我們做項(xiàng)目的時(shí)候會遇到修改用戶信息這樣的功能模塊，我們一般的想法是將用戶的所有數(shù)據(jù)都接收過來，比如用戶名，信息，密碼，家庭地址等等，然后統(tǒng)一封裝到一個(gè)User對象中提交到數(shù)據(jù)庫，我們一般都是這么干的，就如下面這樣：

 

 

 

其實(shí)這樣的方法是不可取的，因?yàn)槁氊?zé)不明確，方法不明確，你到底是要修改密碼，還是修改用戶名，還是修改地址，還是都要修改？這樣職責(zé)不明確的話在與其他項(xiàng)目成員溝通的時(shí)候會產(chǎn)生很多麻煩，正確的設(shè)計(jì)如下：

 

 

 

循單一職責(zé)原的優(yōu)點(diǎn)有：

 

 1.可以降低類的復(fù)雜度，一個(gè)類只負(fù)責(zé)一項(xiàng)職責(zé)，其邏輯肯定要比負(fù)責(zé)多項(xiàng)職責(zé)簡單的多；

 

 2. 提高類的可讀性，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性；

 

 3.變更引起的風(fēng)險(xiǎn)降低，變更是必然的，如果單一職責(zé)原則遵守的好，當(dāng)修改一個(gè)功能時(shí)，可以顯著降低對其他功能的影響。

 

二.開閉原則(Open-Closed Principle, OCP)

定義：一個(gè)軟件實(shí)體應(yīng)當(dāng)對擴(kuò)展開放，對修改關(guān)閉。即軟件實(shí)體應(yīng)盡量在不修改原有代碼的情況下進(jìn)行擴(kuò)展

 

問題由來：任何軟件都需要面臨一個(gè)很重要的問題，即它們的需求會隨時(shí)間的推移而發(fā)生變化。因?yàn)樽兓?，升級和維護(hù)等原因，如果需要對軟件原有代碼進(jìn)行修改，可能會給舊代碼引入錯(cuò)誤，也有可能會使我們不得不對整個(gè)功能進(jìn)行重構(gòu)，并且需要原有代碼經(jīng)過重新測試，所以當(dāng)軟件需要變化時(shí)，盡量通過擴(kuò)展軟件實(shí)體的行為來實(shí)現(xiàn)變化，而不是通過修改已有的代碼來實(shí)現(xiàn)使我們需要的。

 

為了滿足開閉原則，需要對系統(tǒng)進(jìn)行抽象化設(shè)計(jì)，抽象化是開閉原則的關(guān)鍵。在Java、C#等編程語言中，可以為系統(tǒng)定義一個(gè)相對穩(wěn)定的抽象層，而將不同的實(shí)現(xiàn)行為移至具體的實(shí)現(xiàn)層中完成。如果需要修改系統(tǒng)的行為，無須對抽象層進(jìn)行任何改動(dòng)，只需要增加新的具體類來實(shí)現(xiàn)新的業(yè)務(wù)功能即可，實(shí)現(xiàn)在不修改已有代碼的基礎(chǔ)上擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，達(dá)到開閉原則的要求。

 

舉例：

 

 實(shí)現(xiàn)畫圖表的功能，如餅狀圖和柱狀圖等，為了支持多種圖表顯示方式，原始設(shè)計(jì)方案如圖下圖所示：

 

 

在ChartDisplay類的display()方法中存在如下代碼片段：

 

......

if (type.equals("pie")) {

PieChart chart = new PieChart();

chart.display();

}

else if (type.equals("bar")) {

BarChart chart = new BarChart();

chart.display();

}

......

在該代碼中，如果需要增加一個(gè)新的圖表類，如折線圖LineChart，則需要修改ChartDisplay類的display()方法的源代碼，增加新的判斷邏輯，違反了開閉原則。

 

      現(xiàn)對該系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)，使之符合開閉原則。

 

      (1) 增加一個(gè)抽象圖表類AbstractChart，將各種具體圖表類作為其子類；

 

      (2)  ChartDisplay類針對抽象圖表類進(jìn)行編程，由客戶端來決定使用哪種具體圖表。

 

      重構(gòu)后結(jié)構(gòu)如圖2所示：

 

 

我們引入了抽象圖表類AbstractChart，且ChartDisplay針對抽象圖表類進(jìn)行編程，并通過setChart()方法由客戶端來設(shè)置實(shí)例化的具體圖表對象，在ChartDisplay的display()方法中調(diào)用chart對象的display()方法顯示圖表。如果需要增加一種新的圖表，如折線圖LineChart，只需要將LineChart也作為AbstractChart的子類，在客戶端向ChartDisplay中注入一個(gè)LineChart對象即可，無須修改現(xiàn)有類庫的源代碼。 

 

為什么使用開閉原則：

 

第一：開閉原則非常有名，只要是面向?qū)ο缶幊?，在開發(fā)時(shí)都會強(qiáng)調(diào)開閉原則

 

第二：開閉原則是最基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則，其它的五個(gè)設(shè)計(jì)原則都是開閉原則的具體形態(tài)，也就是說其它的五個(gè)設(shè)計(jì)原則是指導(dǎo)設(shè)計(jì)的工具和方法，而開閉原則才是其精神領(lǐng)袖。依照J(rèn)ava語言的稱謂，開閉原則是抽象類，而其它的五個(gè)原則是具體的實(shí)現(xiàn)類。

 

第三：開閉原則可以提高復(fù)用性

 

在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)中，所有的邏輯都是從原子邏輯組合而來，而不是在一個(gè)類中獨(dú)立實(shí)現(xiàn)一套業(yè)務(wù)邏輯。只有這樣的代碼才可以復(fù)用，邏輯粒度越小，被復(fù)用的可能性越大。為什么要復(fù)用呢？復(fù)用可以減少代碼的重復(fù)，避免相同的邏輯分散在多個(gè)角落，減少維護(hù)人員的工作量以及系統(tǒng)變化時(shí)產(chǎn)生bug的機(jī)會。怎么才能提高復(fù)用率呢？設(shè)計(jì)者需要縮小邏輯粒度，直到一個(gè)邏輯不可以分為止。

 

第四：開閉原則可以提高維護(hù)性 

 

一款軟件量產(chǎn)后，維護(hù)人員的工作不僅僅對數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，還可能要對程序進(jìn)行擴(kuò)展，維護(hù)人員最樂意的事是擴(kuò)展一個(gè)類，而不是修改一個(gè)類。讓維護(hù)人員讀懂原有代碼，再進(jìn)行修改，是一件非常痛苦的事情，不要讓他在原有的代碼海洋中游蕩后再修改，那是對維護(hù)人員的折磨和摧殘。

 

第五：面向?qū)ο箝_發(fā)的要求 

 

萬物皆對象，我們要把所有的事物抽象成對象，然后針對對象進(jìn)行操作，但是萬物皆發(fā)展變化，有變化就要有策略去應(yīng)對，怎么快速應(yīng)對呢？這就需要在設(shè)計(jì)之初考慮到盡可能多變化的因素，然后留下接口，等待“可能”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;現(xiàn)實(shí)”。

 

如何使用開閉原則

 

第一：抽象約束 

    抽象是對一組事物的通用描述，沒有具體的實(shí)現(xiàn)，也就表示它可以有非常多的可能性，可以跟隨需求的變化而變化。因此，通過接口或抽象類可以約束一組可能變化的行為，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對擴(kuò)展開放，其包含三層含義：

 

1.通過接口或抽象類約束擴(kuò)散，對擴(kuò)展進(jìn)行邊界限定，不允許出現(xiàn)在接口或抽象類中不存在的public方法。

 

2.參數(shù)類型，引用對象盡量使用接口或抽象類，而不是實(shí)現(xiàn)類，這主要是實(shí)現(xiàn)里氏替換原則的一個(gè)要求

 

3.抽象層盡量保持穩(wěn)定，一旦確定就不要修改

 

第二：元數(shù)據(jù)(metadata)控件模塊行為 

 

編程是一個(gè)很苦很累的活，那怎么才能減輕壓力呢？答案是盡量使用元數(shù)據(jù)來控制程序的行為，減少重復(fù)開發(fā)。什么是元數(shù)據(jù)？用來描述環(huán)境和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，通俗的說就是配置參數(shù)，參數(shù)可以從文件中獲得，也可以從數(shù)據(jù)庫中獲得。

 

第三：制定項(xiàng)目章程 

    在一個(gè)團(tuán)隊(duì)中，建立項(xiàng)目章程是非常重要的，因?yàn)檎鲁淌撬虚_發(fā)人員都必須遵守的約定，對項(xiàng)目來說，約定優(yōu)于配置。這比通過接口或抽象類進(jìn)行約束效率更高，而擴(kuò)展性一點(diǎn)也沒有減少

 

第四：封裝變化 

 

 對變化封裝包含兩層含義：

 

(1)將相同的變化封裝到一個(gè)接口或抽象類中

 

(2)將不同的變化封裝到不同的接口或抽象類中，不應(yīng)該有兩個(gè)不同的變化出現(xiàn)在同一個(gè)接口或抽象類中。 封裝變化，也就是受保護(hù)的變化，找出預(yù)計(jì)有變化或不穩(wěn)定的點(diǎn)，我們?yōu)檫@些變化點(diǎn)創(chuàng)建穩(wěn)定的接口。

 

三、里氏代換原則(Liskov Substitution Principle, LSP)

定義：里氏代換原則(Liskov Substitution Principle, LSP)：所有引用基類（父類）的地方必須能透明地使用其子類的對象。

 

繼承優(yōu)點(diǎn)

 

代碼共享，減少創(chuàng)建類的工作量，每個(gè)子類都擁有父類的方法和屬性；提高代碼的重用性；子類可以形似父類，但又異于父類；提高代碼的可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)父類的方法就可以“為所欲為”了;提高產(chǎn)品或項(xiàng)目的開放性。

 

繼承缺點(diǎn)

 

繼承是侵入性的。只要繼承，就必須擁有父類的所有屬性和方法；降低代碼的靈活性。子類必須擁有父類的屬性和方法；

 

增強(qiáng)了耦合性。當(dāng)父類的常量、變量和方法被修改時(shí)，必需要考慮子類的修改，而且在缺乏規(guī)范的環(huán)境下，這種修改可能帶來非常糟糕的結(jié)果；大片的代碼需要重構(gòu)。

 

克服繼承的缺點(diǎn)——里氏替換原則

 

從整體上來看，利大于弊。

 

里氏代換原則告訴我們，在軟件中將一個(gè)基類對象替換成它的子類對象，程序?qū)⒉粫a(chǎn)生任何錯(cuò)誤和異常，反過來則不成立，如果一個(gè)軟件實(shí)體使用的是一個(gè)子類對象的話，那么它不一定能夠使用基類對象。例如：我喜歡動(dòng)物，那我一定喜歡狗，因?yàn)楣肥莿?dòng)物的子類；但是我喜歡狗，不能據(jù)此斷定我喜歡動(dòng)物，因?yàn)槲也⒉幌矚g老鼠，雖然它也是動(dòng)物。

 

里氏代換原則是實(shí)現(xiàn)開閉原則的重要方式之一，由于使用基類對象的地方都可以使用子類對象，因此在程序中盡量使用基類類型來對對象進(jìn)行定義，而在運(yùn)行時(shí)再確定其子類類型，用子類對象來替換父類對象。

 

在使用里氏代換原則時(shí)需要注意如下幾個(gè)問題：

 

 (1)子類的所有方法必須在父類中聲明，或子類必須實(shí)現(xiàn)父類中聲明的所有方法。根據(jù)里氏代換原則，為了保證系統(tǒng)的擴(kuò)展性，在程序中通常使用父類來進(jìn)行定義，如果一個(gè)方法只存在子類中，在父類中不提供相應(yīng)的聲明，則無法在以父類定義的對象中使用該方法。

 

(2)  我們在運(yùn)用里氏代換原則時(shí)，盡量把父類設(shè)計(jì)為抽象類或者接口，讓子類繼承父類或?qū)崿F(xiàn)父接口，并實(shí)現(xiàn)在父類中聲明的方法，運(yùn)行時(shí)，子類實(shí)例替換父類實(shí)例，我們可以很方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)的功能，同時(shí)無須修改原有子類的代碼，增加新的功能可以通過增加一個(gè)新的子類來實(shí)現(xiàn)。里氏代換原則是開閉原則的具體實(shí)現(xiàn)手段之一。

 

(3) Java語言中，在編譯階段，Java編譯器會檢查一個(gè)程序是否符合里氏代換原則，這是一個(gè)與實(shí)現(xiàn)無關(guān)的、純語法意義上的檢查，但Java編譯器的檢查是有局限的

 

系統(tǒng)需要提供一個(gè)發(fā)送Email的功能，客戶(Customer)可以分為VIP客戶(VIPCustomer)和普通客戶(CommonCustomer)兩類，原始設(shè)計(jì)方案如圖所示：

 

 

 

      在對系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn)，無論是普通客戶還是VIP客戶，發(fā)送郵件的過程都是相同的，也就是說兩個(gè)send()方法中的代碼重復(fù)，而且在本系統(tǒng)中還將增加新類型的客戶。為了讓系統(tǒng)具有更好的擴(kuò)展性，同時(shí)減少代碼重復(fù)，使用里氏代換原則對其進(jìn)行重構(gòu)。

 

      在本實(shí)例中，可以考慮增加一個(gè)新的抽象客戶類Customer，而將CommonCustomer和VIPCustomer類作為其子類，郵件發(fā)送類EmailSender類針對抽象客戶類Customer編程，根據(jù)里氏代換原則，能夠接受基類對象的地方必然能夠接受子類對象，因此將EmailSender中的send()方法的參數(shù)類型改為Customer，如果需要增加新類型的客戶，只需將其作為Customer類的子類即可。重構(gòu)后的結(jié)構(gòu)如圖所示：

 

 

 

        里氏代換原則是實(shí)現(xiàn)開閉原則的重要方式之一。在本實(shí)例中，在傳遞參數(shù)時(shí)使用基類對象，除此以外，在定義成員變量、定義局部變量、確定方法返回類型時(shí)都可使用里氏代換原則。針對基類編程，在程序運(yùn)行時(shí)再確定具體子類。

 

 

四、依賴倒置原則（Dependence Inversion Principle，DIP）

定義：

 

高層模塊不應(yīng)該依賴低層模塊，兩者都應(yīng)該依賴其抽象；抽象不應(yīng)該依賴細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)應(yīng)該依賴抽象，其核心思想是：要面向接口編程，不要面向?qū)崿F(xiàn)編程。

 

依賴倒轉(zhuǎn)原則要求我們在程序代碼中傳遞參數(shù)時(shí)或在關(guān)聯(lián)關(guān)系中，盡量引用層次高的抽象層類，即使用接口和抽象類進(jìn)行變量類型聲明、參數(shù)類型聲明、方法返回類型聲明，以及數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換等，而不要用具體類來做這些事情。為了確保該原則的應(yīng)用，一個(gè)具體類應(yīng)當(dāng)只實(shí)現(xiàn)接口或抽象類中聲明過的方法，而不要給出多余的方法，否則將無法調(diào)用到在子類中增加的新方法。

 

在引入抽象層后，系統(tǒng)將具有很好的靈活性，在程序中盡量使用抽象層進(jìn)行編程，而將具體類寫在配置文件中，這樣一來，如果系統(tǒng)行為發(fā)生變化，只需要對抽象層進(jìn)行擴(kuò)展，并修改配置文件，而無須修改原有系統(tǒng)的源代碼，在不修改的情況下來擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，滿足開閉原則的要求。

 

在實(shí)現(xiàn)依賴倒轉(zhuǎn)原則時(shí)，我們需要針對抽象層編程，而將具體類的對象通過依賴注入(DependencyInjection, DI)的方式注入到其他對象中，依賴注入是指當(dāng)一個(gè)對象要與其他對象發(fā)生依賴關(guān)系時(shí)，通過抽象來注入所依賴的對象。常用的注入方式有三種，分別是：構(gòu)造注入，設(shè)值注入（Setter注入）和接口注入。構(gòu)造注入是指通過構(gòu)造函數(shù)來傳入具體類的對象，設(shè)值注入是指通過Setter方法來傳入具體類的對象，而接口注入是指通過在接口中聲明的業(yè)務(wù)方法來傳入具體類的對象。這些方法在定義時(shí)使用的是抽象類型，在運(yùn)行時(shí)再傳入具體類型的對象，由子類對象來覆蓋父類對象。

 

依賴倒置原則的作用

 

（1）依賴倒置原則可以降低類間的耦合性。

 

（2）依賴倒置原則可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

 

（3）依賴倒置原則可以減少并行開發(fā)引起的風(fēng)險(xiǎn)。

 

（4）依賴倒置原則可以提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。

 

依賴倒置原則的實(shí)現(xiàn)方法

 

依賴倒置原則的目的是通過要面向接口的編程來降低類間的耦合性，所以我們在實(shí)際編程中只要遵循以下4點(diǎn)，就能在項(xiàng)目中滿足這個(gè)規(guī)則。

 

（1）每個(gè)類盡量提供接口或抽象類，或者兩者都具備。

 

（2）變量的聲明類型盡量是接口或者是抽象類。

 

（3）任何類都不應(yīng)該從具體類派生。

 

（4）使用繼承時(shí)盡量遵循里氏替換原則

 

例子：

 

現(xiàn)需要將存儲在TXT或Excel文件中的客戶信息轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫中，因此需要進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。在客戶數(shù)據(jù)操作類中將調(diào)用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換類的方法實(shí)現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)庫插入操作，初始設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)如圖所示：

 

 

 

      在編碼實(shí)現(xiàn)圖所示結(jié)構(gòu)時(shí)，Sunny軟件公司開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)該設(shè)計(jì)方案存在一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，由于每次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)來源不一定相同，因此需要更換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類，如有時(shí)候需要將TXTDataConvertor改為ExcelDataConvertor，此時(shí)，需要修改CustomerDAO的源代碼，而且在引入并使用新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類時(shí)也不得不修改CustomerDAO的源代碼，系統(tǒng)擴(kuò)展性較差，違反了開閉原則，現(xiàn)需要對該方案進(jìn)行重構(gòu)。

 

      在本實(shí)例中，由于CustomerDAO針對具體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類編程，因此在增加新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類或者更換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類時(shí)都不得不修改CustomerDAO的源代碼。我們可以通過引入抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類解決該問題，在引入抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類DataConvertor之后，CustomerDAO針對抽象類DataConvertor編程，而將具體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類名存儲在配置文件中，符合依賴倒轉(zhuǎn)原則。根據(jù)里氏代換原則，程序運(yùn)行時(shí)，具體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類對象將替換DataConvertor類型的對象，程序不會出現(xiàn)任何問題。更換具體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類時(shí)無須修改源代碼，只需要修改配置文件；如果需要增加新的具體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類，只要將新增數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類作為DataConvertor的子類并修改配置文件即可，原有代碼無須做任何修改，滿足開閉原則。重構(gòu)后的結(jié)構(gòu)如圖所示：

 

 

 

      在上述重構(gòu)過程中，我們使用了開閉原則、里氏代換原則和依賴倒轉(zhuǎn)原則，在大多數(shù)情況下，這三個(gè)設(shè)計(jì)原則會同時(shí)出現(xiàn)，開閉原則是目標(biāo)，里氏代換原則是基礎(chǔ)，依賴倒轉(zhuǎn)原則是手段，它們相輔相成，相互補(bǔ)充，目標(biāo)一致，只是分析問題時(shí)所站角度不同而已。

 

五、接口隔離原則(Interface  Segregation Principle, ISP)

定義：使用多個(gè)專門的接口，而不使用單一的總接口，即客戶端不應(yīng)該依賴那些它不需要的接口。

 

根據(jù)接口隔離原則，當(dāng)一個(gè)接口太大時(shí)，我們需要將它分割成一些更細(xì)小的接口，使用該接口的客戶端僅需知道與之相關(guān)的方法即可。每一個(gè)接口應(yīng)該承擔(dān)一種相對獨(dú)立的角色，不干不該干的事，該干的事都要干。這里的“接口”往往有兩種不同的含義：一種是指一個(gè)類型所具有的方法特征的集合，僅僅是一種邏輯上的抽象；另外一種是指某種語言具體的“接口”定義，有嚴(yán)格的定義和結(jié)構(gòu)，比如Java語言中的interface。對于這兩種不同的含義，ISP的表達(dá)方式以及含義都有所不同：

 

 (1) 當(dāng)把“接口”理解成一個(gè)類型所提供的所有方法特征的集合的時(shí)候，這就是一種邏輯上的概念，接口的劃分將直接帶來類型的劃分?？梢园呀涌诶斫獬山巧粋€(gè)接口只能代表一個(gè)角色，每個(gè)角色都有它特定的一個(gè)接口，此時(shí)，這個(gè)原則可以叫做“角色隔離原則”。

 

(2) 如果把“接口”理解成狹義的特定語言的接口，那么ISP表達(dá)的意思是指接口僅僅提供客戶端需要的行為，客戶端不需要的行為則隱藏起來，應(yīng)當(dāng)為客戶端提供盡可能小的單獨(dú)的接口，而不要提供大的總接口。在面向?qū)ο缶幊陶Z言中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口就需要實(shí)現(xiàn)該接口中定義的所有方法，因此大的總接口使用起來不一定很方便，為了使接口的職責(zé)單一，需要將大接口中的方法根據(jù)其職責(zé)不同分別放在不同的小接口中，以確保每個(gè)接口使用起來都較為方便，并都承擔(dān)某一單一角色。接口應(yīng)該盡量細(xì)化，同時(shí)接口中的方法應(yīng)該盡量少，每個(gè)接口中只包含一個(gè)客戶端（如子模塊或業(yè)務(wù)邏輯類）所需的方法即可，這種機(jī)制也稱為“定制服務(wù)”，即為不同的客戶端提供寬窄不同的接口。

 

接口隔離原則和單一職責(zé)都是為了提高類的內(nèi)聚性、降低它們之間的耦合性，體現(xiàn)了封裝的思想，但兩者是不同的：

 

（1）單一職責(zé)原則注重的是職責(zé)，而接口隔離原則注重的是對接口依賴的隔離。

 

（2）單一職責(zé)原則主要是約束類，它針對的是程序中的實(shí)現(xiàn)和細(xì)節(jié)；接口隔離原則主要約束接口，主要針對抽象和程序整體框架的構(gòu)建。

 

接口隔離原則的優(yōu)點(diǎn)

 

接口隔離原則是為了約束接口、降低類對接口的依賴性，遵循接口隔離原則有以下 5 個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

 

（1）將臃腫龐大的接口分解為多個(gè)粒度小的接口，可以預(yù)防外來變更的擴(kuò)散，提高系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性。

 

（2）接口隔離提高了系統(tǒng)的內(nèi)聚性，減少了對外交互，降低了系統(tǒng)的耦合性。

 

（3）如果接口的粒度大小定義合理，能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；但是，如果定義過小，則會造成接口數(shù)量過多，使設(shè)計(jì)復(fù)雜化；如果定義太大，靈活性降低，無法提供定制服務(wù)，給整體項(xiàng)目帶來無法預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)。

 

（4）使用多個(gè)專門的接口還能夠體現(xiàn)對象的層次，因?yàn)榭梢酝ㄟ^接口的繼承，實(shí)現(xiàn)對總接口的定義。

 

（5）能減少項(xiàng)目工程中的代碼冗余。過大的大接口里面通常放置許多不用的方法，當(dāng)實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口的時(shí)候，被迫設(shè)計(jì)冗余的代碼。

 

接口隔離原則的實(shí)現(xiàn)方法

 

在具體應(yīng)用接口隔離原則時(shí)，應(yīng)該根據(jù)以下幾個(gè)規(guī)則來衡量。

 

（1）接口盡量小，但是要有限度。一個(gè)接口只服務(wù)于一個(gè)子模塊或業(yè)務(wù)邏輯。

 

（2）為依賴接口的類定制服務(wù)。只提供調(diào)用者需要的方法，屏蔽不需要的方法。

 

（3）了解環(huán)境，拒絕盲從。每個(gè)項(xiàng)目或產(chǎn)品都有選定的環(huán)境因素，環(huán)境不同，接口拆分的標(biāo)準(zhǔn)就不同深入了解業(yè)務(wù)邏輯。

 

（4）提高內(nèi)聚，減少對外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

 

下面通過一個(gè)簡單實(shí)例來加深對接口隔離原則的理解：

 

Sunny軟件公司開發(fā)人員針對某CRM系統(tǒng)的客戶數(shù)據(jù)顯示模塊設(shè)計(jì)了如圖1所示接口，其中方法dataRead()用于從文件中讀取數(shù)據(jù)，方法transformToXML()用于將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成XML格式，方法createChart()用于創(chuàng)建圖表，方法displayChart()用于顯示圖表，方法createReport()用于創(chuàng)建文字報(bào)表，方法displayReport()用于顯示文字報(bào)表。

 

 

 

      在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)該接口很不靈活，例如如果一個(gè)具體的數(shù)據(jù)顯示類無須進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（源文件本身就是XML格式），但由于實(shí)現(xiàn)了該接口，將不得不實(shí)現(xiàn)其中聲明的transformToXML()方法（至少需要提供一個(gè)空實(shí)現(xiàn)）；如果需要?jiǎng)?chuàng)建和顯示圖表，除了需實(shí)現(xiàn)與圖表相關(guān)的方法外，還需要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建和顯示文字報(bào)表的方法，否則程序編譯時(shí)將報(bào)錯(cuò)。

 

      現(xiàn)使用接口隔離原則對其進(jìn)行重構(gòu)。

 

      在圖中，由于在接口CustomerDataDisplay中定義了太多方法，即該接口承擔(dān)了太多職責(zé)，一方面導(dǎo)致該接口的實(shí)現(xiàn)類很龐大，在不同的實(shí)現(xiàn)類中都不得不實(shí)現(xiàn)接口中定義的所有方法，靈活性較差，如果出現(xiàn)大量的空方法，將導(dǎo)致系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的無用代碼，影響代碼質(zhì)量；另一方面由于客戶端針對大接口編程，將在一定程序上破壞程序的封裝性，客戶端看到了不應(yīng)該看到的方法，沒有為客戶端定制接口。因此需要將該接口按照接口隔離原則和單一職責(zé)原則進(jìn)行重構(gòu)，將其中的一些方法封裝在不同的小接口中，確保每一個(gè)接口使用起來都較為方便，并都承擔(dān)某一單一角色，每個(gè)接口中只包含一個(gè)客戶端（如模塊或類）所需的方法即可。

 

      通過使用接口隔離原則，本實(shí)例重構(gòu)后的結(jié)構(gòu)如圖所示：

 

 

 

      在使用接口隔離原則時(shí)，我們需要注意控制接口的粒度，接口不能太小，如果太小會導(dǎo)致系統(tǒng)中接口泛濫，不利于維護(hù)；接口也不能太大，太大的接口將違背接口隔離原則，靈活性較差，使用起來很不方便。一般而言，接口中僅包含為某一類用戶定制的方法即可，不應(yīng)該強(qiáng)迫客戶依賴于那些它們不用的方法。

 

六、迪米特法則(Law of  Demeter, LoD)

 

 

定義：迪米特法則(Law of  Demeter, LoD)：一個(gè)軟件實(shí)體應(yīng)當(dāng)盡可能少地與其他實(shí)體發(fā)生相互作用。

 

迪米特法則（Law of Demeter，LoD）又叫作最少知識原則（Least Knowledge Principle，LKP)，產(chǎn)生于 1987 年美國東北大學(xué)（Northeastern University）的一個(gè)名為迪米特（Demeter）的研究項(xiàng)目，由伊恩·荷蘭（Ian Holland）提出，被 UML 創(chuàng)始者之一的布奇（Booch）普及，后來又因?yàn)樵诮?jīng)典著作《程序員修煉之道》（The Pragmatic Programmer）提及而廣為人知。

 

迪米特法則的定義是：只與你的直接朋友交談，不跟“陌生人”說話（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。其含義是：如果兩個(gè)軟件實(shí)體無須直接通信，那么就不應(yīng)當(dāng)發(fā)生直接的相互調(diào)用，可以通過第三方轉(zhuǎn)發(fā)該調(diào)用。其目的是降低類之間的耦合度，提高模塊的相對獨(dú)立性。

 

迪米特法則中的“朋友”是指：當(dāng)前對象本身、當(dāng)前對象的成員對象、當(dāng)前對象所創(chuàng)建的對象、當(dāng)前對象的方法參數(shù)等，這些對象同當(dāng)前對象存在關(guān)聯(lián)、聚合或組合關(guān)系，可以直接訪問這些對象的方法。

 

在應(yīng)用迪米特法則時(shí)，一個(gè)對象只能與直接朋友發(fā)生交互，不要與“陌生人”發(fā)生直接交互，這樣做可以降低系統(tǒng)的耦合度，一個(gè)對象的改變不會給太多其他對象帶來影響。

 

迪米特法則要求我們在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該盡量減少對象之間的交互，如果兩個(gè)對象之間不必彼此直接通信，那么這兩個(gè)對象就不應(yīng)當(dāng)發(fā)生任何直接的相互作用，如果其中的一個(gè)對象需要調(diào)用另一個(gè)對象的某一個(gè)方法的話，可以通過第三者轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)調(diào)用。簡言之，就是通過引入一個(gè)合理的第三者來降低現(xiàn)有對象之間的耦合度。

 

在將迪米特法則運(yùn)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中時(shí)，要注意下面的幾點(diǎn)：在類的劃分上，應(yīng)當(dāng)盡量創(chuàng)建松耦合的類，類之間的耦合度越低，就越有利于復(fù)用，一個(gè)處在松耦合中的類一旦被修改，不會對關(guān)聯(lián)的類造成太大波及；在類的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，每一個(gè)類都應(yīng)當(dāng)盡量降低其成員變量和成員函數(shù)的訪問權(quán)限；在類的設(shè)計(jì)上，只要有可能，一個(gè)類型應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成不變類；在對其他類的引用上，一個(gè)對象對其他對象的引用應(yīng)當(dāng)降到最低。

 

迪米特法則的優(yōu)點(diǎn)

 

迪米特法則要求限制軟件實(shí)體之間通信的寬度和深度，正確使用迪米特法則將有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

 

降低了類之間的耦合度，提高了模塊的相對獨(dú)立性。

 

由于親合度降低，從而提高了類的可復(fù)用率和系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

 

但是，過度使用迪米特法則會使系統(tǒng)產(chǎn)生大量的中介類，從而增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，使模塊之間的通信效率降低。所以，在釆用迪米特法則時(shí)需要反復(fù)權(quán)衡，確保高內(nèi)聚和低耦合的同時(shí)，保證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰

 

迪米特法則的實(shí)現(xiàn)方法

 

從迪米特法則的定義和特點(diǎn)可知，它強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn)：

 

從依賴者的角度來說，只依賴應(yīng)該依賴的對象。

 

從被依賴者的角度說，只暴露應(yīng)該暴露的方法。

 

所以，在運(yùn)用迪米特法則時(shí)要注意以下 6 點(diǎn)。

 

在類的劃分上，應(yīng)該創(chuàng)建弱耦合的類。類與類之間的耦合越弱，就越有利于實(shí)現(xiàn)可復(fù)用的目標(biāo)。

 

在類的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，盡量降低類成員的訪問權(quán)限。

 

在類的設(shè)計(jì)上，優(yōu)先考慮將一個(gè)類設(shè)置成不變類。

 

在對其他類的引用上，將引用其他對象的次數(shù)降到最低。

 

不暴露類的屬性成員，而應(yīng)該提供相應(yīng)的訪問器（set 和 get 方法）。

 

謹(jǐn)慎使用序列化（Serializable）功能。

 

下面通過一個(gè)簡單實(shí)例來加深對迪米特法則的理解：

 

Sunny軟件公司所開發(fā)CRM系統(tǒng)包含很多業(yè)務(wù)操作窗口，在這些窗口中，某些界面控件之間存在復(fù)雜的交互關(guān)系，一個(gè)控件事件的觸發(fā)將導(dǎo)致多個(gè)其他界面控件產(chǎn)生響應(yīng)，例如，當(dāng)一個(gè)按鈕(Button)被單擊時(shí)，對應(yīng)的列表框(List)、組合框(ComboBox)、文本框(TextBox)、文本標(biāo)簽(Label)等都將發(fā)生改變，在初始設(shè)計(jì)方案中，界面控件之間的交互關(guān)系可簡化為如圖所示結(jié)構(gòu)：

 

 

 

      在圖中，由于界面控件之間的交互關(guān)系復(fù)雜，導(dǎo)致在該窗口中增加新的界面控件時(shí)需要修改與之交互的其他控件的源代碼，系統(tǒng)擴(kuò)展性較差，也不便于增加和刪除新控件。

 

      現(xiàn)使用迪米特對其進(jìn)行重構(gòu)。

 

      在本實(shí)例中，可以通過引入一個(gè)專門用于控制界面控件交互的中間類(Mediator)來降低界面控件之間的耦合度。引入中間類之后，界面控件之間不再發(fā)生直接引用，而是將請求先轉(zhuǎn)發(fā)給中間類，再由中間類來完成對其他控件的調(diào)用。當(dāng)需要增加或刪除新的控件時(shí)，只需修改中間類即可，無須修改新增控件或已有控件的源代碼，重構(gòu)后結(jié)構(gòu)如圖所示：

 

 

 

總結(jié)

單一職責(zé)原則告訴我們實(shí)現(xiàn)類要職責(zé)單一

 

里氏替換原則告訴我們不要破壞繼承體系

 

依賴倒置原則告訴我們要面向接口編程

 

接口隔離原則告訴我們在設(shè)計(jì)接口的時(shí)候要精簡單一

 

迪米特原則告訴我們要降低耦合

 

開閉原則是總綱，告訴我們要對擴(kuò)展開放，對修改關(guān)閉