設(shè)計(jì)模式六大原則(2)
設(shè)計(jì)模式原則4：接口隔離原則
定義：客戶端不應(yīng)該依賴它不需要的接口;一個(gè)類對(duì)另一個(gè)類的依賴應(yīng)該建立在最小的接口上。
問題由來：類A通過接口I依賴類B，類C通過接口I依賴類D，如果接口I對(duì)于類A和類B來說不是最小接口，則類B和類D必須去實(shí)現(xiàn)他們不需要的方法。
解決方案：將臃腫的接口I拆分為獨(dú)立的幾個(gè)接口，類A和類C分別與他們需要的接口建立依賴關(guān)系。也就是采用接口隔離原則。
舉例來說明接口隔離原則：
(圖1 未遵循接口隔離原則的設(shè)計(jì))
這個(gè)圖的意思是：類A依賴接口I中的方法1、方法2、方法3，類B是對(duì)類A依賴的實(shí)現(xiàn)。類C依賴接口I中的方法1、方法4、方法5，類D是對(duì)類C依賴的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于類B和類D來說，雖然他們都存在著用不到的方法(也就是圖中紅色字體標(biāo)記的方法)，但由于實(shí)現(xiàn)了接口I，所以也必須要實(shí)現(xiàn)這些用不到的方法。對(duì)類圖不熟悉的可以參照程序代碼來理解，代碼如下：
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("類B實(shí)現(xiàn)接口I的方法1");
}
public void method2() {
System.out.println("類B實(shí)現(xiàn)接口I的方法2");
}
public void method3() {
System.out.println("類B實(shí)現(xiàn)接口I的方法3");
}
//對(duì)于類B來說，method4和method5不是必需的，但是由于接口A中有這兩個(gè)方法，
//所以在實(shí)現(xiàn)過程中即使這兩個(gè)方法的方法體為空，也要將這兩個(gè)沒有作用的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
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("類D實(shí)現(xiàn)接口I的方法1");
}
//對(duì)于類D來說，method2和method3不是必需的，但是由于接口A中有這兩個(gè)方法，
//所以在實(shí)現(xiàn)過程中即使這兩個(gè)方法的方法體為空，也要將這兩個(gè)沒有作用的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
public void method2() {}
public void method3() {}
public void method4() {
System.out.println("類D實(shí)現(xiàn)接口I的方法4");
}
public void method5() {
System.out.println("類D實(shí)現(xiàn)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，如果接口過于臃腫，只要接口中出現(xiàn)的方法，不管對(duì)依賴于它的類有沒有用處，實(shí)現(xiàn)類中都必須去實(shí)現(xiàn)這些方法，這顯然不是好的設(shè)計(jì)。如果將這個(gè)設(shè)計(jì)修改為符合接口隔離原則，就必須對(duì)接口I進(jìn)行拆分。在這里我們將原有的接口I拆分為三個(gè)接口，拆分后的設(shè)計(jì)如圖2所示：
(圖2 遵循接口隔離原則的設(shè)計(jì))
照例貼出程序的代碼，供不熟悉類圖的朋友參考：
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("類B實(shí)現(xiàn)接口I1的方法1");
}
public void method2() {
System.out.println("類B實(shí)現(xiàn)接口I2的方法2");
}
public void method3() {
System.out.println("類B實(shí)現(xiàn)接口I2的方法3");
}
}
class C{
public void depend1(I1 i){
i.method1();
}
public void depend2(I3 i){
i.method4();
}
public void depend3(I3 i){
i.method5();
}
}
class D implements I1, I3{
public void method1() {
System.out.println("類D實(shí)現(xiàn)接口I1的方法1");
}
public void method4() {
System.out.println("類D實(shí)現(xiàn)接口I3的方法4");
}
public void method5() {
System.out.println("類D實(shí)現(xiàn)接口I3的方法5");
}
} |
接口隔離原則的含義是：建立單一接口，不要建立龐大臃腫的接口，盡量細(xì)化接口，接口中的方法盡量少。也就是說，我們要為各個(gè)類建立專用的接口，而不要試圖去建立一個(gè)很龐大的接口供所有依賴它的類去調(diào)用。本文例子中，將一個(gè)龐大的接口變更為3個(gè)專用的接口所采用的就是接口隔離原則。在程序設(shè)計(jì)中，依賴幾個(gè)專用的接口要比依賴一個(gè)綜合的接口更靈活。接口是設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)外部設(shè)定的“契約”，通過分散定義多個(gè)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。
說到這里，很多人會(huì)覺的接口隔離原則跟之前的單一職責(zé)原則很相似，其實(shí)不然。其一，單一職責(zé)原則原注重的是職責(zé);而接口隔離原則注重對(duì)接口依賴的隔離。其二，單一職責(zé)原則主要是約束類，其次才是接口和方法，它針對(duì)的是程序中的實(shí)現(xiàn)和細(xì)節(jié);而接口隔離原則主要約束接口接口，主要針對(duì)抽象，針對(duì)程序整體框架的構(gòu)建。
采用接口隔離原則對(duì)接口進(jìn)行約束時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：
接口盡量小，但是要有限度。對(duì)接口進(jìn)行細(xì)化可以提高程序設(shè)計(jì)靈活性是不掙的事實(shí)，但是如果過小，則會(huì)造成接口數(shù)量過多，使設(shè)計(jì)復(fù)雜化。所以一定要適度。
為依賴接口的類定制服務(wù)，只暴露給調(diào)用的類它需要的方法，它不需要的方法則隱藏起來。只有專注地為一個(gè)模塊提供定制服務(wù)，才能建立最小的依賴關(guān)系。
提高內(nèi)聚，減少對(duì)外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。
運(yùn)用接口隔離原則，一定要適度，接口設(shè)計(jì)的過大或過小都不好。設(shè)計(jì)接口的時(shí)候，只有多花些時(shí)間去思考和籌劃，才能準(zhǔn)確地實(shí)踐這一原則。
設(shè)計(jì)模式原則5：迪米特法則
定義：一個(gè)對(duì)象應(yīng)該對(duì)其他對(duì)象保持最少的了解。
問題由來：類與類之間的關(guān)系越密切，耦合度越大，當(dāng)一個(gè)類發(fā)生改變時(shí)，對(duì)另一個(gè)類的影響也越大。
解決方案：盡量降低類與類之間的耦合。
自從我們接觸編程開始，就知道了軟件編程的總的原則：低耦合，高內(nèi)聚。無論是面向過程編程還是面向?qū)ο缶幊?，只有使各個(gè)模塊之間的耦合盡量的低，才能提高代碼的復(fù)用率。低耦合的優(yōu)點(diǎn)不言而喻，但是怎么樣編程才能做到低耦合呢?那正是迪米特法則要去完成的。
迪米特法則又叫最少知道原則，最早是在1987年由美國(guó)Northeastern University的Ian Holland提出。通俗的來講，就是一個(gè)類對(duì)自己依賴的類知道的越少越好。也就是說，對(duì)于被依賴的類來說，無論邏輯多么復(fù)雜，都盡量地的將邏輯封裝在類的內(nèi)部，對(duì)外除了提供的public方法，不對(duì)外泄漏任何信息。迪米特法則還有一個(gè)更簡(jiǎn)單的定義：只與直接的朋友通信。首先來解釋一下什么是直接的朋友：每個(gè)對(duì)象都會(huì)與其他對(duì)象有耦合關(guān)系，只要兩個(gè)對(duì)象之間有耦合關(guān)系，我們就說這兩個(gè)對(duì)象之間是朋友關(guān)系。耦合的方式很多，依賴、關(guān)聯(lián)、組合、聚合等。其中，我們稱出現(xiàn)成員變量、方法參數(shù)、方法返回值中的類為直接的朋友，而出現(xiàn)在局部變量中的類則不是直接的朋友。也就是說，陌生的類最好不要作為局部變量的形式出現(xiàn)在類的內(nèi)部。
舉一個(gè)例子：有一個(gè)集團(tuán)公司，下屬單位有分公司和直屬部門，現(xiàn)在要求打印出所有下屬單位的員工ID。先來看一下違反迪米特法則的設(shè)計(jì)。
//總公司員工
class Employee{
private String id;
public void setId(String id){
this.id = id;
}
public String getId(){
return id;
}
}
//分公司員工
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();
//為分公司人員按順序分配一個(gè)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();
//為總公司人員按順序分配一個(gè)ID
emp.setId("總公司"+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());
}
} |
現(xiàn)在這個(gè)設(shè)計(jì)的主要問題出在CompanyManager中，根據(jù)迪米特法則，只與直接的朋友發(fā)生通信，而SubEmployee類并不是CompanyManager類的直接朋友(以局部變量出現(xiàn)的耦合不屬于直接朋友)，從邏輯上講總公司只與他的分公司耦合就行了，與分公司的員工并沒有任何聯(lián)系，這樣設(shè)計(jì)顯然是增加了不必要的耦合。按照迪米特法則，應(yīng)該避免類中出現(xiàn)這樣非直接朋友關(guān)系的耦合。修改后的代碼如下:
class SubCompanyManager{
public List<SubEmployee> getAllEmployee(){
List<SubEmployee> list = new ArrayList<SubEmployee>();
for(int i=0; i<100; i++){
SubEmployee emp = new SubEmployee();
//為分公司人員按順序分配一個(gè)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();
//為總公司人員按順序分配一個(gè)ID
emp.setId("總公司"+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，為分公司增加了打印人員ID的方法，總公司直接調(diào)用來打印，從而避免了與分公司的員工發(fā)生耦合。
迪米特法則的初衷是降低類之間的耦合，由于每個(gè)類都減少了不必要的依賴，因此的確可以降低耦合關(guān)系。但是凡事都有度，雖然可以避免與非直接的類通信，但是要通信，必然會(huì)通過一個(gè)“中介”來發(fā)生聯(lián)系，例如本例中，總公司就是通過分公司這個(gè)“中介”來與分公司的員工發(fā)生聯(lián)系的。過分的使用迪米特原則，會(huì)產(chǎn)生大量這樣的中介和傳遞類，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度變大。所以在采用迪米特法則時(shí)要反復(fù)權(quán)衡，既做到結(jié)構(gòu)清晰，又要高內(nèi)聚低耦合。
設(shè)計(jì)模式原則6：開閉原則
定義：一個(gè)軟件實(shí)體如類、模塊和函數(shù)應(yīng)該對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉。
問題由來：在軟件的生命周期內(nèi)，因?yàn)樽兓⑸?jí)和維護(hù)等原因需要對(duì)軟件原有代碼進(jìn)行修改時(shí)，可能會(huì)給舊代碼中引入錯(cuò)誤，也可能會(huì)使我們不得不對(duì)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(cè)試。
解決方案：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)變化。
開閉原則是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則，它指導(dǎo)我們?nèi)绾谓⒎€(wěn)定靈活的系統(tǒng)。開閉原則可能是設(shè)計(jì)模式六項(xiàng)原則中定義最模糊的一個(gè)了，它只告訴我們對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉，可是到底如何才能做到對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉，并沒有明確的告訴我們。以前，如果有人告訴我“你進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要遵守開閉原則”，我會(huì)覺的他什么都沒說，但貌似又什么都說了。因?yàn)殚_閉原則真的太虛了。
在仔細(xì)思考以及仔細(xì)閱讀很多設(shè)計(jì)模式的文章后，終于對(duì)開閉原則有了一點(diǎn)認(rèn)識(shí)。其實(shí)，我們遵循設(shè)計(jì)模式前面5大原則，以及使用23種設(shè)計(jì)模式的目的就是遵循開閉原則。也就是說，只要我們對(duì)前面5項(xiàng)原則遵守的好了，設(shè)計(jì)出的軟件自然是符合開閉原則的，這個(gè)開閉原則更像是前面五項(xiàng)原則遵守程度的“平均得分”，前面5項(xiàng)原則遵守的好，平均分自然就高，說明軟件設(shè)計(jì)開閉原則遵守的好;如果前面5項(xiàng)原則遵守的不好，則說明開閉原則遵守的不好。
其實(shí)筆者認(rèn)為，開閉原則無非就是想表達(dá)這樣一層意思：用抽象構(gòu)建框架，用實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展細(xì)節(jié)。因?yàn)槌橄箪`活性好，適應(yīng)性廣，只要抽象的合理，可以基本保持軟件架構(gòu)的穩(wěn)定。而軟件中易變的細(xì)節(jié)，我們用從抽象派生的實(shí)現(xiàn)類來進(jìn)行擴(kuò)展，當(dāng)軟件需要發(fā)生變化時(shí)，我們只需要根據(jù)需求重新派生一個(gè)實(shí)現(xiàn)類來擴(kuò)展就可以了。當(dāng)然前提是我們的抽象要合理，要對(duì)需求的變更有前瞻性和預(yù)見性才行。
說到這里，再回想一下前面說的5項(xiàng)原則，恰恰是告訴我們用抽象構(gòu)建框架，用實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展細(xì)節(jié)的注意事項(xiàng)而已：?jiǎn)我宦氊?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?cè)谠O(shè)計(jì)接口的時(shí)候要精簡(jiǎn)單一;迪米特法則告訴我們要降低耦合。而開閉原則是總綱，他告訴我們要對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉。
最后說明一下如何去遵守這六個(gè)原則。對(duì)這六個(gè)原則的遵守并不是是和否的問題，而是多和少的問題，也就是說，我們一般不會(huì)說有沒有遵守，而是說遵守程度的多少。任何事都是過猶不及，設(shè)計(jì)模式的六個(gè)設(shè)計(jì)原則也是一樣，制定這六個(gè)原則的目的并不是要我們刻板的遵守他們，而需要根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用。對(duì)他們的遵守程度只要在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，就算是良好的設(shè)計(jì)。我們用一幅圖來說明一下。
圖中的每一條維度各代表一項(xiàng)原則，我們依據(jù)對(duì)這項(xiàng)原則的遵守程度在維度上畫一個(gè)點(diǎn)，則如果對(duì)這項(xiàng)原則遵守的合理的話，這個(gè)點(diǎn)應(yīng)該落在紅色的同心圓內(nèi)部;如果遵守的差，點(diǎn)將會(huì)在小圓內(nèi)部;如果過度遵守，點(diǎn)將會(huì)落在大圓外部。一個(gè)良好的設(shè)計(jì)體現(xiàn)在圖中，應(yīng)該是六個(gè)頂點(diǎn)都在同心圓中的六邊形。
在上圖中，設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)2屬于良好的設(shè)計(jì)，他們對(duì)六項(xiàng)原則的遵守程度都在合理的范圍內(nèi);設(shè)計(jì)3、設(shè)計(jì)4設(shè)計(jì)雖然有些不足，但也基本可以接受;設(shè)計(jì)5則嚴(yán)重不足，對(duì)各項(xiàng)原則都沒有很好的遵守;而設(shè)計(jì)6則遵守過渡了，設(shè)計(jì)5和設(shè)計(jì)6都是迫切需要重構(gòu)的設(shè)計(jì)。
到這里，設(shè)計(jì)模式的六大原則就寫完了。主要參考書籍有《設(shè)計(jì)模式》《設(shè)計(jì)模式之禪》《大話設(shè)計(jì)模式》以及網(wǎng)上一些零散的文章，但主要內(nèi)容主要還是我本人對(duì)這六個(gè)原則的感悟。寫出來的目的一方面是對(duì)這六項(xiàng)原則系統(tǒng)地整理一下，一方面也與廣大的網(wǎng)友分享，因?yàn)樵O(shè)計(jì)模式對(duì)編程人員來說，的確非常重要。正如有句話叫做一千個(gè)讀者眼中有一千個(gè)哈姆雷特，如果大家對(duì)這六項(xiàng)原則的理解跟我有所不同，歡迎留言，大家共同探討。
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