设计模式六大原则(2)
设计模式原则4：接口隔离原则
定义：客户端不应该依赖它不需要的接口;一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。
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。
举例来说明接口隔离原则：
(图1 未遵循接口隔离原则的设计)
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。对类图不熟悉的可以参照程序代码来理解，代码如下：
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("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");
}
//对于类D来说，method2和method3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 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。在这里我们将原有的接口I拆分为三个接口，拆分后的设计如图2所示：
(图2 遵循接口隔离原则的设计)
照例贴出程序的代码，供不熟悉类图的朋友参考：
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("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");
}
}
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("类D实现接口I1的方法1");
}
public void method4() {
System.out.println("类D实现接口I3的方法4");
}
public void method5() {
System.out.println("类D实现接口I3的方法5");
}
} |
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。
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。对接口进行细化可以提高程序设计灵活性是不挣的事实，但是如果过小，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。
设计模式原则5：迪米特法则
定义：一个对象应该对其他对象保持最少的了解。
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。
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。
迪米特法则又叫最少知道原则，最早是在1987年由美国Northeastern University的Ian Holland提出。通俗的来讲，就是一个类对自己依赖的类知道的越少越好。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。迪米特法则还有一个更简单的定义：只与直接的朋友通信。首先来解释一下什么是直接的朋友：每个对象都会与其他对象有耦合关系，只要两个对象之间有耦合关系，我们就说这两个对象之间是朋友关系。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。
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。
设计模式原则6：开闭原则
定义：一个软件实体如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭。
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。
开闭原则是面向对象设计中最基础的设计原则，它指导我们如何建立稳定灵活的系统。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，并没有明确的告诉我们。以前，如果有人告诉我“你进行设计的时候一定要遵守开闭原则”，我会觉的他什么都没说，但貌似又什么都说了。因为开闭原则真的太虚了。
在仔细思考以及仔细阅读很多设计模式的文章后，终于对开闭原则有了一点认识。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。也就是说，只要我们对前面5项原则遵守的好了，设计出的软件自然是符合开闭原则的，这个开闭原则更像是前面五项原则遵守程度的“平均得分”，前面5项原则遵守的好，平均分自然就高，说明软件设计开闭原则遵守的好;如果前面5项原则遵守的不好，则说明开闭原则遵守的不好。
其实笔者认为，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。因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节，我们用从抽象派生的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，我们只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。当然前提是我们的抽象要合理，要对需求的变更有前瞻性和预见性才行。
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。
最后说明一下如何去遵守这六个原则。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，设计模式的六个设计原则也是一样，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。我们用一幅图来说明一下。
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。
到这里，设计模式的六大原则就写完了。主要参考书籍有《设计模式》《设计模式之禅》《大话设计模式》以及网上一些零散的文章，但主要内容主要还是我本人对这六个原则的感悟。写出来的目的一方面是对这六项原则系统地整理一下，一方面也与广大的网友分享，因为设计模式对编程人员来说，的确非常重要。正如有句话叫做一千个读者眼中有一千个哈姆雷特，如果大家对这六项原则的理解跟我有所不同，欢迎留言，大家共同探讨。
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