物件導向設計原則

概述

對於物件導向軟體系統的設計而言，在支援可維護性的同時，提高系統的可複用性是一個至關重要的問題，如何同時提高一個軟體系統的可維護性和可複用性是物件導向設計需要解決的核心問題之一。在物件導向設計中，可維護性的複用是以設計原則為基礎的。每一個原則都蘊含一些物件導向設計的思想，可以從不同的角度提升一個軟體結構的設計水平。物件導向設計原則為支援可維護性複用而誕生，這些原則蘊含在很多設計模式中，它們是從許多設計方案中總結出的指導性原則。物件導向設計原則也是我們用於評價一個設計模式的使用效果的重要指標之一，在設計模式的學習中，大家經常會看到諸如“XXX模式符合XXX原則”、“XXX模式違反了XXX原則”這樣的語句。

最常見的7種物件導向設計原則如下表所示：

1.單一職責原則

單一職責定義

一個類只負責一個功能領域中的相應職責，或者可以定義為：就一個類而言，應該只有一個引起它變化的原因

從定義中不難思考，一個類的所做的事情越多，也就越難以複用，因為一旦做的事情多了，職責的耦合度就變高了所以我們根據這個原則應該將不同職責封裝在不同類中，不同的變化封裝在不同類中。從我們平常的開發中不難發現，如果一個類或者方法介面等等只做一件事，那麼可讀性很高，並且複用性也很高，並且一旦需求變化，也容易維護，假如你一個類糅雜多個職責，那麼很難維護。

單一職責舉例分析

從實際業務來剝離一個例子：現在有這麼一種情況，某租車平臺個人模組類涉及多個方法，有如下登入、註冊、支付寶押金支付、微信押金支付、支付寶套餐支付、微信套餐支付、整個結構如下：

/**
 * 個人模組
 */
 @Controller
 public class userController{
 /**
 * 登入
 */
 public void login(){
 }
 /**
 * 註冊
 */
 public void register(){
 }
 /**
 * 押金支付(阿里)
 */
 public void payAliDeposit(){
 }
 /**
 * 押金支付(微信)
 */
 public void payWXDeposit(){
 }
 /**
 * 套餐支付(阿里)
 */
 public void payAliPackage(){
 }
 /**
 * 套餐支付(微信)
 */
 public void payWXPackage(){
 }
 }

我們可以看到很多功能都糅雜在一起，一個類做了那麼多事情，很臃腫，別提維護，就連找程式碼都很困難，所以我們可以對這個UserController進行拆解，與此同時我們應該分包，比如這個應該在xxx.xxx.userMoudule下面，可能支付相關的有公共的方法，登入抑或也有公共的方法，那邊抽成公共服務去呼叫。

public class LoginController(){}
public class registerController(){}
public class depositPayController(){
 // 支付寶支付
 // 微信支付
}
public class packagePayController(){
 // 支付寶支付
 // 微信支付
}

整個方案實現的目的就是為了解決高耦合，程式碼複用率低下的問題。單一職責理解起來不難，但是實際操作需要根據具體業務的糅雜度來切割，實際上很難運用。

2.開閉原則

開閉原則簡介

開閉原則是物件導向的可複用設計的第一塊基石，它是最重要的物件導向設計原則，定義如下：

一個軟體實體應當對擴充套件開放，對修改關閉。即軟體實體應儘量在不修改原有程式碼的情況下進行擴充套件。

軟體實體包括以下幾個部分：

專案或軟體產品中按照一定的邏輯規則劃分的模組
抽象和類
方法

注意：開閉原則是指對擴充套件開放，對修改關閉，並不是說不做任何的修改。

開閉原則的優勢

可以使原來的測試程式碼依舊可以執行，只需要對擴充套件的程式碼進行測試即可
可以提高程式碼的複用性
可以提高系統的維護性

如何使用開閉原則

抽象約束
透過介面或者抽象類約束擴充套件，對擴充套件進行邊界限定，不允許出現在介面或抽象類中不存在的public方法；
引數型別、引用物件儘量使用介面或者抽象類，而不是實現類；（針對抽象程式設計）
抽象層儘量保持穩定，一旦確定即不允許修改。
後設資料控制模組行為
通俗來說就是透過配置檔案來運算元據，spring的控制反轉就是一個很典型的例子。
約定優於配置
封裝變化
將相同的變化封裝到一個介面或者類中
將不同的變化封裝到不同的類或者介面中（單一職責的體現）

案例

某公司開發的租車系統有一個押金支付功能，支付方式有支付寶、阿里支付，後期可能還有銀聯支付、易支付等等，原始的設計方案如下：

// 客戶端呼叫-押金支付選擇支付手段
public class DepositPay {
 void pay(String type){
 if(type.equals("ali")){
 AliPay aliPay = new AliPay();
 aliPay.pay();
 }else if(type.equals("wx")){
 WXPay wxPay = new WXPay();
 wxPay.pay();
 }
 }
}
// 支付寶支付
public class AliPay {
 public void pay() {
 System.out.println("正在使用支付寶支付");
 }
}
// 微信支付
public class WXPay{
 public void pay() {
 System.out.println("正在使用微信支付");
 }
}

在以上程式碼中，如果需要增加銀聯支付，如YLPay,那麼就必須要修改DepositPay中的pay方法的原始碼，增加新的判斷邏輯，違反了開閉原則（對修改關閉，對擴充套件開放，注意這邊的銀聯支付相當於擴充套件，所以它沒有違反規則），所以現在必須重構此程式碼，讓其遵循開閉原則，做法如下：

增加一個介面，使得各種具體支付實現其介面
DepositPay類針對介面程式設計，由客戶端來決定具體使用哪種支付方式

重構後的圖如下所示：

在上圖中我們引入了介面Pay,定義了pay方法，並且DepositPay是針對介面程式設計，透過setPayMode（）由客戶端來例項化具體的支付方式，在DepositPay的pay（）方法中呼叫payMode物件來支付。如果需要增加新的支付方式，比如銀聯支付，只需要讓它也實現Pay介面，在配置檔案中配置銀聯支付即可，依賴注入是實現此開閉原則的一種手段，在這裡不贅述，原始碼如下：

public interface Pay {
 // 支付
 void pay();
}
public class AliPay implements Pay {
 @Override
 public void pay() {
 System.out.println("正在使用支付寶支付");
 }
}
public class WXPay implements Pay{
 @Override
 public void pay() {
 System.out.println("正在使用微信支付");
 }
}
// 客戶端呼叫-押金支付選擇支付手段
public class DepositPay {
 // 支付方式 (這邊可以透過依賴注入的方式來注入)
 // 支付方式可以寫在配置檔案中
 // 現在不管你選用何種方式，我都不需要更改
 @Autowired
 Pay payMode;
 void pay(Pay payMode){
 payMode.pay();
 }
}

因為配置檔案可以直接編輯，且不需要編譯，所以一般不認為更改配置檔案是更改原始碼。如果一個系統能做到只需要修改配置檔案，無需修改原始碼，那麼複合開閉原則。

3.里氏代換原則

里氏替換原則簡介

Barbara Liskov提出：

標準定義：如果對每一個型別為S的物件o1，都有型別為T的物件o2，使得以T定義的所有程式P在所有的物件o1代換o2時，程式P的行為沒有變化，那麼型別S是型別T的子型別。

上面的定義可能比較難以理解，簡單理解就是所有引用基類（父類的）地方都可以用子類來替換，且程式不會有任何的異常。但是反過來就不行，所有使用子類的地方則不一定能用基類來替代，很簡單的例子狗是動物，不能說動物是狗，因為可能還有貓。。。。

里氏替換原則是實現開閉原則的重要方式之一，由於使用基類的所有地方都可以用子類來替換，因此在程式中儘量使用基類來定義物件，在執行時確定其子類型別。

里氏替換原則約束

子類必須實現父類的抽象方法，但不得重寫（覆蓋）父類的非抽象（已實現）方法。
子類中可以新增特有方法（父類中不存在),此時則無法在以父類定義的物件中使用該方法，除非在使用的時候強轉基類成子類進行呼叫。
當子類覆蓋或實現父類的方法時，方法的前置條件（即方法的形參）要比父類方法的輸入引數更寬鬆。
當子類的方法實現父類的抽象方法時，方法的後置條件（即方法的返回值）要比父類更嚴格。

所以我們在運用里氏替換原則的時候，儘量把父類設計為抽象類或者介面，讓子類繼承父類或者實現介面並實現在父類中宣告的方法，執行時，子類例項替換父類例項，我們可以很方便地擴充套件系統的功能，同時無須修改原有子類的程式碼，增加新的功能可以透過增加一個新的子類來實現。里氏代換原則是開閉原則的具體實現手段之一。

里氏替換原則實戰

某租車系統客戶分為普通使用者（customer）和VIP客戶（VIPCustomer），系統需要提供一個根據郵箱重置密碼的功能。原始設計圖：

在編寫重置密碼的時候發現，業務邏輯是一樣的，存在著大量的重複程式碼，而且還可能增加新的使用者型別，為了減少程式碼重複性，使用里氏替換原則進行重構：

圖上重置密碼交由ResetPassword類去處理，只需要傳入Customer類即可，不管任何型別的Customer類，只要繼承自Customer,都可以使用里氏替換原則進行替換，假如有新的型別，我們只需要在配置檔案中注入新的型別即可。程式碼如下（簡單意會一下）：

// 抽象基類
public abstract class Customer {
}
public class CommonCustomer extends Customer{
}
public class VIPCustomer extends Customer{
}
// 重置密碼邏輯在這裡實現，只需要傳入對應的型別即可
public class ResetPassword {
 void resetPassword(Customer customer){
 }
}

里氏替換原則是實現開閉原則不可或缺的手段之一，在本例中，透過傳遞引數使用基類物件，針對抽象程式設計，從而滿足開閉原則。

4.依賴倒轉原則

依賴倒轉原則簡介

依賴倒轉原則(Dependency Inversion Principle, DIP)：抽象不應該依賴於細節，細節應當依賴於抽象。換言之，要針對介面程式設計，而不是針對實現程式設計。

可以通俗的定義為兩種：

高層次的模組不應該依賴於低層次的模組，他們都應該依賴於抽象。
抽象不應該依賴於具體實現，具體實現應該依賴於抽象。

要求我們在設計程式的時候儘量使用層次高的抽象層類，即使用介面和抽象類進行變數的宣告、引數型別宣告、方法返回型別宣告以及資料型別轉換等等,同時要注意一個具體類應該只實現抽象類或者介面中存在的方法，不要給出多餘的方法，這樣抽象類將無法呼叫子類增加的方法.我們可以透過配置檔案來寫入具體類，這樣一旦程式行為改變，可直接改變配置檔案，而不需要更改程式，重新編譯，透過依賴倒轉原則來滿足開閉原則。

在實現依賴倒轉原則時，我們需要針對抽象層程式設計，而將具體類的物件透過依賴注入(DependencyInjection, DI)的方式注入到其他物件中，依賴注入是指當一個物件要與其他物件發生依賴關係時，透過抽象來注入所依賴的物件。常用的注入方式有三種，分別是：構造注入，設值注入（Setter注入）和介面注入

依賴倒轉原則例項

這部分可以參照上面開閉原則案例，可以從那例子中看出，開閉原則，依賴倒轉原則，里氏替換原則同時出現了，可以說`開閉原則是我們要實現的目標,而里氏替換原則是實現手段之一，而同時里氏替換原則又是依賴倒轉原則實現的基礎，因為加入沒有這個理論，依賴倒轉原則是不成立的，無法針對抽象程式設計，要注意這3個原則基本都是同時出現的。Java後端學習交流圈：834962734 面向2-6年Java開發人員，進群可免費獲取一份Java架構進階技術精品影片。（高併發+Spring原始碼+JVM原理解析+分散式架構+微服務架構+多執行緒併發原理+BATJ面試寶典）以及架構思維導圖。

5.介面隔離原則

介面隔離原則簡介

介面隔離原則的兩個定義：

1：使用多個專門的介面，而不使用單一的總介面，即客戶端不應該依賴那些它不需要的介面

2：類間的依賴關係應該建立在最小的介面上

介面的含義：

一個介面代表一個角色，不應該將不同的角色都交給一個介面，因為這樣可能會形成一個臃腫的大介面；
特定語言的介面，表示介面僅僅是提供客戶端需要的行為，客戶端不需要的行為則隱藏起來，應當為客戶端提供儘可能小的單獨的介面，而不要提供大的總介面。

根據介面隔離原則，我們可明白，每個介面都應只承擔一種相對獨立的角色，不幹不該乾的事情.

例項演示

場景：模擬動物平時的動作，當然也包括人，最初的設計就是一個總介面IAnimal，裡面定義動物會有的一些動作。

程式碼如下：

public interface IAnimal{
 /**
 * 吃飯
 */
 void eat();
 /**
 * 工作
 */
 void work();
 /**
 * 飛行
 */
 void fly();
 }
 public class Tony implements IAnimal{
 @Override
 public void eat() {
 System.out.println("tony吃");
 }
 @Override
 public void work() {
 System.out.println("tony工作");
 }
 @Override
 public void fly() {
 System.out.println("tony不會飛");
 }
 }
public class Bird implements IAnimal{
 @Override
 public void eat() {
 System.out.println("鳥吃");
 }
 @Override
 public void work() {
 System.out.println("鳥工作");
 }
 @Override
 public void fly() {
 System.out.println("鳥飛");
 }
 }

根據上面的寫法發現Tony需要實現飛的介面，這很明顯不僅僅是多餘，而且不合理，因此需要透過介面隔離原則進行重構：

/**
 * 抽象動物的行為
 */
public interface IAnimal {
 /**
 * 吃飯
 */
 void eat();
 /**
 * 睡覺
 */
 void sleep();
}
/**
 * 高階動物人 的行為
 */
public interface IAdvancedAnimalBehavior {
 /**
 * 打牌
 */
 void playCard();
 /**
 * 騎車
 */
 void byBike();
}
/**
 * 低階動物的行為
 */
public interface IJuniorAnimalBehavior {
 /**
 * fly
 */
 void fly();
}
/**
 * 實現高階動物人的共通方法
 */
public class AbstractAdvancedAnimal implements IAnimal {
 @Override
 public void eat() {
 System.out.println("人吃");
 }
 @Override
 public void sleep() {
 System.out.println("人睡");
 }
}
/**
 * 實現低階動物人的共通方法
 */
public class AbstractJuniorAnimal implements IAnimal {
 @Override
 public void eat() {
 System.out.println("動物吃");
 }
 @Override
 public void sleep() {
 System.out.println("動物睡");
 }
}
// tony
public class Tony extends AbstractAdvancedAnimal implements IAdvancedAnimalBehavior {
 @Override
 public void playCard() {
 System.out.println("tony打牌");
 }
 @Override
 public void byBike() {
 System.out.println("tony騎車");
 }
}
// 鳥
public class Bird extends AbstractJuniorAnimal implements IJuniorAnimalBehavior{
 @Override
 public void fly() {
 System.out.println("鳥飛");
 }
}

重構之後，首先定義了一個總的動物介面的大類，然後分別使用了兩個抽象類（一個是高階動物，一個是低階動物）分別去實現這些公共的方法，實現中可以丟擲異常，表明繼承此抽象類的類可以選擇性的重寫，可不重寫。之後再定義了兩個行為介面表明高階動物和低階動物所特有的，這樣使得介面之間完全隔離，動物介面不再糅雜各種各樣的角色，當然介面的大小尺度還是要靠經驗來調整，不能太小，會造成介面氾濫，也不能太大，會背離介面隔離原則。

6.合成複用原則

合成複用原則簡介

合成複用原則(Composite Reuse Principle, CRP)：儘量使用物件組合，而不是繼承來達到複用的目的。

透過合成複用原則來使一些已有的物件使之成為物件的一部分，一般透過組合/聚合關係來實現，而儘量不要使用繼承。因為組合和聚合可以降低類之間的耦合度，而繼承會讓系統更加複雜，最重要的一點會破壞系統的封裝性，因為繼承會把基類的實現細節暴露給子類，同時如果基類變化，子類也必須跟著改變，而且耦合度會很高。

設計模式“6”大原則！

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