设计模式 · SOLID原则

SOLID原则是指:

  • Simple Responsibility Principle,SRP单一职责原则
  • Open Close Principle,OCP开闭原则
  • Liskov Substitution Principle,LSP里式替换原则
  • Interface Segregation Principle,接口隔离原则
  • Dependency Inversion Principle,依赖反转原则

SRP单一职责原则

单一职责原则是指,一个类或者模块应该包含一种职责或者功能,以此来保证类或者模块的高内聚、低耦合。也就是说,在进行面向对象设计时,不要试图设计一个大而全的类,而要设计粒度更细的类,在里面包含一个单一的职责。然而,在具体的实践过程中,一般都会有意无意地违反这条职责。因为就算开始时设计了一个只有单一职责的类,但随着业务逻辑的发展变化,会不自觉的在现成的类中加入一些不那么相关的逻辑,这就造成这个类越来越复杂,代码越来越多,逻辑越来越难懂。因此,拆分就变得在所难免,这就是持续重构。那么具体到什么时候该进行重构代码呢?可以借鉴这几条:

  • 类中的代码行数越来越多,已经严重影响到代码的可读性和可维护性;
  • 类依赖的其他类太多,已经丧失了高内聚低耦合的设计思想;
  • 类中的私有方法太多,很多操作都依赖于某些属性;
  • 已经起不出一个比较合适的类名。

同时,也要理解并不是把类的粒度设计的越细越好,因为粒度太细会引起很多额外的维护成本,类和类之间的联系和交互也会变得越多。所以,要合理设计类的粒度大小,这是一个高度依赖经验的能力,需要多实践,多思考。

OCP开闭原则

开闭原则说的是在软件开发中,要“对修改关闭,对扩展开放”,这条原则是软件开发中最重要的一条。其实,开闭原则主要解决的是如何解决程序的扩展性问题,这也是所有的设计思想、原则、规范共同要解决的问题。在实际的项目中,对于修改和扩展的界定是个最大的问题,因为观察的维度不同,得出的结果也不同。比如,给一个类添加一个方法,从类的角度来看,是在修改类的定义,但是从类的行为能力,也就是方法层面来看,是在扩展类的能力。所以,要完美的解决这一问题,需要一定的实战经验来衡量,我们应该做的就是在真正动手之前,先用抽象思维、封装思维等顶层设计理念,尽可能预留出程序的扩展点,为自己留点后路。除过开闭原则,在23条设计模式中,最常用来提高代码扩展性的方法有:多态、依赖注入、基于接口而非实现编程,以及大部分设计模式。

俗话说,唯一不变的就是变化,我们要正确对待用户需求的频繁改变,因为这是我们的本性。那么,又如何在项目中合理的使用这条原则呢?为了防止两头的极端情况,烂代码和过度设计,最合理的做法是,对一些确定的、短期内需要扩展的业务功能或者需求,在设计时就预留出扩展点,对于还不确定的、比较复杂的功能点,等到需求明确之后再通过重构的方式进行完善。对扩展开放是为了应对需求的变化和增加,对修改关闭是为了保证已有功能的稳定运行,最终是为了让系统更加有弹性。

LSP里式替换原则

里式替换原则是说,在程序中子类对象能够替换父类对象出现的任何地方,并且保证程序的原有逻辑不变以及正确性不受影响。从表面上看,里式替换原则和多态貌似很相似,但其实不然。

多态是OOP的一大特性,需要PL的提供三种特殊的语法机制:

  1. 父类对象可以引用子类对象;
  2. 继承;
  3. 子类可以重写父类中定义的方法。

除此之外,还有两个 方式,一种是基于接口编程,另一种是duck-typing。多态主要解决的是代码的复用问题,让开发者尽可能地写出优雅的代码。

实际上,里式替换原则的实质是”按照协议来设计,Design by Contract”,在设计子类时,要按照父类的约定去实现,而不能逾越父类给出的限制,比如父类在没有类型检测的情况下执行了后续代码,而在子类中却直接抛出异常,这就违反了父类的规定,也就是没有遵循里式替换原则。具体地,这里的规定有:

  • 函数声明要实现的功能;
  • 对输入参数类型、数量,以及返回值类型、数量的规定;
  • 对异常处理的规定;
  • 注释中列出的任何特殊说明。

总的来说,里式替换原则和开闭原则一样,都是“对扩展开放,对修改关闭”,这样才能在不破坏原有逻辑的情况下,增加或者改善程序的内部实现细节。

ISP接口隔离原则

接口隔离原则是说,接口调用者或者使用者不应该被强迫使用它不需要的接口。为什么要这么做?是为了让程序更加高内聚,只在一个接口内实现在逻辑上独立的事情。这里的接口可以指三种不同的接口:

  • 一组API接口集合
  • 单个API接口或者函数
  • OOP中的接口

对于一组API接口集合来说,ISP要求这组接口具有很强的关联性。比如说在某个UserService中可以获取用户各种信息,进行相关操作,但是还有一个比较特殊的操作——比如删除用户的数据。一般而言,删除操作都是非常危险的,如果非要进行就一定要通过某些验证流程,或者只有一小部分人才有资格使用。那么在这种情况下,到底该如何做呢?如果坚持要把这个特殊操作和一般的操作放在一起,那么在一定程度上就违反了接口隔离原则。正确的做法是在设计一个RestrictedUserService,里面包含所有具有一定权限的用户服务。对于单个API接口或者OOP中的接口概念,原理也是类似的,核心思想就是不要把逻辑上不相关的服务放在一起,这样只会让程序越来越乱、越来越烂。

从意思上看,接口隔离原则和单一职责原则貌似说的是同一件事,但实际上它们之间还是有一些区别。单一职责原则是从模块、类和接口的设计角度来说,要尽可能让一个接口、类和模块只包含一个职责功能;而接口隔离原则一方面是只注重接口的设计,另一方面,ISP为单一职责原则提供了一个标准,从接口调用者的使用角度来看,如果调用者只使用了一部分,那么接口设计就没有遵循ISP。

DIP依赖反转原则

控制反转Inversion of Control

控制反转是一个设计思想,主要用来指导框架的设计。这里的“控制”指的是对程序执行流程的控制,“反转”指的是在没有使用这一思想之前,程序设计者需要自己控制程序的执行流程,而在使用这一思想和框架之后,反而让框架来控制程序的执行流程,从而让程序设计者致力于程序核心逻辑功能的设计和实现。

依赖注入Dependency Injection

依赖注入和控制反转恰好相反,它是一种具体的编码技巧。当一个对象需要依赖另一个对象时,不要在对象内部通过通过new创建一个,而是通过在外部创建好,然后传递进去的方式来实现。这样的话,程序的扩展性将会更好。基于这一具体的编码技巧而形成的依赖注入框架,则从框架的层面为程序设计者提供了更多的便利性。通常,依赖注入框架会在对象之间有依赖关系时,自动创建、管理、销毁被依赖对象,比如Java Spring。

依赖反转原则

DIP的定义为:高层模块(high-level modules)不要依赖低层模块(low-level)。高层模块和低层模块应该通过抽象(abstractions)来互相依赖。除此之外,抽象(abstractions)不要依赖具体实现细节(details),具体实现细节(details)依赖抽象(abstractions)。模块层次的划分是从调用关系上说的,如果A调用B,那么A就是高层模块,B为低层模块。实际上,在平时的业务开发中,高层模块依赖低层模块是没有任何问题的。实际上,这一思想主要用于框架层面的设计。比如Java Web应用和Tomcat之间的关系,只要Web运行在Tomcat容器中,就可以保证程序的正常执行,这就是因为它们之间共同依赖“抽象”的Servlet规范,而不是具体的实现细节。

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