设计原则

1.单一职责原则

单一职责原则的英文是 Single Responsibility Principle，缩写为 SRP。这个原则的英文描述是这样的：A class or module should have a single reponsibility。如果我们把它翻译成中文，那就是：一个类或者模块只负责完成一个职责（或者功能）。不要设计大而全的类，要设计粒度小、功能单一的类。换个角度来讲就是，一个类包含了两个或者两个以上业务不相干的功能，那我们就说它职责不够单一，应该将它拆分成多个功能更加单一、粒度更细的类。
我们可以先写一个粗粒度的类，满足业务需求。随着业务的发展，如果粗粒度的类越来越庞大，代码越来越多，这个时候，我们就可以将这个粗粒度的类，拆分成几个更细粒度的类。这就是所谓的持续重构。
下面这几条判断原则，比起很主观地去思考类是否职责单一，要更有指导意义、更具有可执行性：类中的代码行数、函数或属性过多，会影响代码的可读性和可维护性，我们就需要考虑对类进行拆分；类依赖的其他类过多，或者依赖类的其他类过多，不符合高内聚、低耦合的设计思想，我们就需要考虑对类进行拆分；私有方法过多，我们就要考虑能否将私有方法独立到新的类中，设置为 public 方法，供更多的类使用，从而提高代码的复用性；比较难给类起一个合适名字，很难用一个业务名词概括，或者只能用一些笼统的 Manager、Context 之类的词语来命名，这就说明类的职责定义得可能不够清晰；类中大量的方法都是集中操作类中的某几个属性，比如，在 UserInfo 例子中，如果一半的方法都是在操作 address 信息，那就可以考虑将这几个属性和对应的方法拆分出来。

2.对扩展开放、修改关闭

添加一个新的功能应该是，在已有代码基础上扩展代码（新增模块、类、方法等），而非修改已有代码（修改模块、类、方法等）。
实际上，我们也没必要纠结某个代码改动是“修改”还是“扩展”，更没必要太纠结它是否违反“开闭原则”。我们回到这条原则的设计初衷：只要它没有破坏原有的代码的正常运行，没有破坏原有的单元测试，我们就可以说，这是一个合格的代码改动。
比如，我们代码中通过 Kafka 来发送异步消息。对于这样一个功能的开发，我们要学会将其抽象成一组跟具体消息队列（Kafka）无关的异步消息接口。所有上层系统都依赖这组抽象的接口编程，并且通过依赖注入的方式来调用。当我们要替换新的消息队列的时候，比如将 Kafka 替换成 RocketMQ，可以很方便地拔掉老的消息队列实现，插入新的消息队列实现。具体代码如下所示：

// 这一部分体现了抽象意识
public interface MessageQueue { //... }
public class KafkaMessageQueue implements MessageQueue { //... }
public class RocketMQMessageQueue implements MessageQueue {//...}

public interface MessageFromatter { //... }
public class JsonMessageFromatter implements MessageFromatter {//...}
public class ProtoBufMessageFromatter implements MessageFromatter {//...}
public class Demo { 
private MessageQueue msgQueue; // 基于接口而非实现编程 
public Demo(MessageQueue msgQueue)
 { // 依赖注入 
this.msgQueue = msgQueue; 
} 
// msgFormatter：多态、依赖注入 
public void sendNotification(Notification notification, MessageFormatter msgFormatter) { //... }}

最合理的做法是，对于一些比较确定的、短期内可能就会扩展，或者需求改动对代码结构影响比较大的情况，或者实现成本不高的扩展点，在编写代码的时候之后，我们就可以事先做些扩展性设计。但对于一些不确定未来是否要支持的需求，或者实现起来比较复杂的扩展点，我们可以等到有需求驱动的时候，再通过重构代码的方式来支持扩展的需求。

3.里氏替换原则

子类对象（object of subtype/derived class）能够替换程序（program）中父类对象（object of base/parent class）出现的任何地方，并且保证原来程序的逻辑行为（behavior）不变及正确性不被破坏。里式替换原则还有另外一个更加能落地、更有指导意义的描述，那就是“Design By Contract”，中文翻译就是“按照协议来设计”。
父类定义了函数的行为约定，那子类可以改变函数的内部实现逻辑，但不能改变函数原有的行为约定。这里的行为约定包括：函数声明要实现的功能；对输入、输出、异常的约定；甚至包括注释中所罗列的任何特殊说明。实际上，定义中父类和子类之间的关系，也可以替换成接口和实现类之间的关系。

4.接口隔离原则

如果把“接口”理解为一组接口集合，可以是某个微服务的接口，也可以是某个类库的接口等。如果部分接口只被部分调用者使用，我们就需要将这部分接口隔离出来，单独给这部分调用者使用，而不强迫其他调用者也依赖这部分不会被用到的接口。
如果把“接口”理解为单个 API 接口或函数，部分调用者只需要函数中的部分功能，那我们就需要把函数拆分成粒度更细的多个函数，让调用者只依赖它需要的那个细粒度函数。
如果把“接口”理解为 OOP 中的接口，也可以理解为面向对象编程语言中的接口语法。那接口的设计要尽量单一，不要让接口的实现类和调用者，依赖不需要的接口函数。

接口隔离原则与单一职责原则的区别

单一职责原则针对的是模块、类、接口的设计。接口隔离原则相对于单一职责原则，一方面更侧重于接口的设计，另一方面它的思考角度也是不同的。接口隔离原则提供了一种判断接口的职责是否单一的标准：通过调用者如何使用接口来间接地判定。如果调用者只使用部分接口或接口的部分功能，那接口的设计就不够职责单一。

5.控制反转，依赖反转，依赖注入

控制反转：框架提供了一个可扩展的代码骨架，用来组装对象、管理整个执行流程。程序员利用框架进行开发的时候，只需要往预留的扩展点上，添加跟自己业务相关的代码，就可以利用框架来驱动整个程序流程的执行。
依赖注入：不通过 new() 的方式在类内部创建依赖类对象，而是将依赖的类对象在外部创建好之后，通过构造函数、函数参数等方式传递（或注入）给类使用。

// 非依赖注入实现方式
public class Notification {
  private MessageSender messageSender;
  
  public Notification() {
    this.messageSender = new MessageSender(); //此处有点像hardcode
  }
  
  public void sendMessage(String cellphone, String message) {
    //...省略校验逻辑等...
    this.messageSender.send(cellphone, message);
  }
}

public class MessageSender {
  public void send(String cellphone, String message) {
    //....
  }
}
// 使用Notification
Notification notification = new Notification();

// 依赖注入的实现方式
public class Notification {
  private MessageSender messageSender;
  
  // 通过构造函数将messageSender传递进来
  public Notification(MessageSender messageSender) {
    this.messageSender = messageSender;
  }
  
  public void sendMessage(String cellphone, String message) {
    //...省略校验逻辑等...
    this.messageSender.send(cellphone, message);
  }
}
//使用Notification
MessageSender messageSender = new MessageSender();
Notification notification = new Notification(messageSender);

依赖反转原则：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）。所谓高层模块和低层模块的划分，简单来说就是，在调用链上，调用者属于高层，被调用者属于低层。在平时的业务代码开发中，高层模块依赖底层模块是没有任何问题的。实际上，这条原则主要还是用来指导框架层面的设计，跟前面讲到的控制反转类似。
Tomcat 是运行 Java Web 应用程序的容器。我们编写的 Web 应用程序代码只需要部署在 Tomcat 容器下，便可以被 Tomcat 容器调用执行。按照之前的划分原则，Tomcat 就是高层模块，我们编写的 Web 应用程序代码就是低层模块。Tomcat 和应用程序代码之间并没有直接的依赖关系，两者都依赖同一个“抽象”，也就是 Sevlet 规范。Servlet 规范不依赖具体的 Tomcat 容器和应用程序的实现细节，而 Tomcat 容器和应用程序依赖 Servlet 规范。

6.KISS原则和YAGNI原则

KISS 原则的英文描述有好几个版本，比如下面这几个。Keep It Simple and Stupid.Keep It Short and Simple.Keep It Simple and Straightforward。
KISS 原则算是一个万金油类型的设计原则，可以应用在很多场景中。它不仅经常用来指导软件开发，还经常用来指导更加广泛的系统设计、产品设计等，比如，冰箱、建筑、iPhone 手机的设计等等。

如何写出满足 KISS 原则的代码？

不要使用同事可能不懂的技术来实现代码。比如前面例子中的正则表达式，还有一些编程语言中过于高级的语法等。
不要重复造轮子，要善于使用已经有的工具类库。经验证明，自己去实现这些类库，出 bug 的概率会更高，维护的成本也比较高。
不要过度优化。不要过度使用一些奇技淫巧（比如，位运算代替算术运算、复杂的条件语句代替 if-else、使用一些过于底层的函数等）来优化代码，牺牲代码的可读性。
YAGNI 原则的英文全称是：You Ain’t Gonna Need It。直译就是：你不会需要它。这条原则也算是万金油了。当用在软件开发中的时候，它的意思是：不要去设计当前用不到的功能；不要去编写当前用不到的代码。实际上，这条原则的核心思想就是：不要做过度设计。
比如，我们的系统暂时只用 Redis 存储配置信息，以后可能会用到 ZooKeeper。根据 YAGNI 原则，在未用到 ZooKeeper 之前，我们没必要提前编写这部分代码。当然，这并不是说我们就不需要考虑代码的扩展性。我们还是要预留好扩展点，等到需要的时候，再去实现 ZooKeeper 存储配置信息这部分代码。

7.DRY原则

DRY 原则（Don’t Repeat Yourself）：实现逻辑重复、功能语义重复和代码执行重复。这三种代码重复，有的看似违反 DRY，实际上并不违反；有的看似不违反，实际上却违反了。

实现逻辑重复

public class UserAuthenticator {
  public void authenticate(String username, String password) {
    if (!isValidUsername(username)) {
      // ...throw InvalidUsernameException...
    }
    if (!isValidPassword(password)) {
      // ...throw InvalidPasswordException...
    }
    //...省略其他代码...
  }

  private boolean isValidUsername(String username) {
    // check not null, not empty
    if (StringUtils.isBlank(username)) {
      return false;
    }
    // check length: 4~64
    int length = username.length();
    if (length < 4 || length > 64) {
      return false;
    }
    // contains only lowcase characters
    if (!StringUtils.isAllLowerCase(username)) {
      return false;
    }
    // contains only a~z,0~9,dot
    for (int i = 0; i < length; ++i) {
      char c = username.charAt(i);
      if (!(c >= 'a' && c <= 'z') || (c >= '0' && c <= '9') || c == '.') {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }

  private boolean isValidPassword(String password) {
    // check not null, not empty
    if (StringUtils.isBlank(password)) {
      return false;
    }
    // check length: 4~64
    int length = password.length();
    if (length < 4 || length > 64) {
      return false;
    }
    // contains only lowcase characters
    if (!StringUtils.isAllLowerCase(password)) {
      return false;
    }
    // contains only a~z,0~9,dot
    for (int i = 0; i < length; ++i) {
      char c = password.charAt(i);
      if (!(c >= 'a' && c <= 'z') || (c >= '0' && c <= '9') || c == '.') {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }
}

isValidUserName() 和 isValidPassword() 两个函数，虽然从代码实现逻辑上看起来是重复的，但是从语义上并不重复。所谓“语义不重复”指的是：从功能上来看，这两个函数干的是完全不重复的两件事情，一个是校验用户名，另一个是校验密码。尽管代码的实现逻辑是相同的，但语义不同，我们判定它并不违反 DRY 原则。

功能语义重复

在同一个项目代码中有下面两个函数：isValidIp() 和 checkIfIpValid()。尽管两个函数的命名不同，实现逻辑不同，但功能是相同的，都是用来判定 IP 地址是否合法的。

public boolean isValidIp(String ipAddress) {
  if (StringUtils.isBlank(ipAddress)) return false;
  String regex = "^(1\\d{2}|2[0-4]\\d|25[0-5]|[1-9]\\d|[1-9])\\."
          + "(1\\d{2}|2[0-4]\\d|25[0-5]|[1-9]\\d|\\d)\\."
          + "(1\\d{2}|2[0-4]\\d|25[0-5]|[1-9]\\d|\\d)\\."
          + "(1\\d{2}|2[0-4]\\d|25[0-5]|[1-9]\\d|\\d)$";
  return ipAddress.matches(regex);
}

public boolean checkIfIpValid(String ipAddress) {
  if (StringUtils.isBlank(ipAddress)) return false;
  String[] ipUnits = StringUtils.split(ipAddress, '.');
  if (ipUnits.length != 4) {
    return false;
  }
  for (int i = 0; i < 4; ++i) {
    int ipUnitIntValue;
    try {
      ipUnitIntValue = Integer.parseInt(ipUnits[i]);
    } catch (NumberFormatException e) {
      return false;
    }
    if (ipUnitIntValue < 0 || ipUnitIntValue > 255) {
      return false;
    }
    if (i == 0 && ipUnitIntValue == 0) {
      return false;
    }
  }
  return true;
}

这个例子跟上个例子正好相反。上一个例子是代码实现逻辑重复，但语义不重复，我们并不认为它违反了 DRY 原则。而在这个例子中，尽管两段代码的实现逻辑不重复，但语义重复，也就是功能重复，我们认为它违反了 DRY 原则。我们应该在项目中，统一一种实现思路，所有用到判断 IP 地址是否合法的地方，都统一调用同一个函数。

代码执行重复

UserService 中 login() 函数用来校验用户登录是否成功。如果失败，就返回异常；如果成功，就返回用户信息。具体代码如下所示：

public class UserService {
  private UserRepo userRepo;//通过依赖注入或者IOC框架注入

  public User login(String email, String password) {
    boolean existed = userRepo.checkIfUserExisted(email, password);
    if (!existed) {
      // ... throw AuthenticationFailureException...
    }
    User user = userRepo.getUserByEmail(email);
    return user;
  }
}

public class UserRepo {
  public boolean checkIfUserExisted(String email, String password) {
    if (!EmailValidation.validate(email)) {
      // ... throw InvalidEmailException...
    }

    if (!PasswordValidation.validate(password)) {
      // ... throw InvalidPasswordException...
    }

    //...query db to check if email&password exists...
  }

  public User getUserByEmail(String email) {
    if (!EmailValidation.validate(email)) {
      // ... throw InvalidEmailException...
    }
    //...query db to get user by email...
  }
}

重复执行最明显的一个地方，就是在 login() 函数中，email 的校验逻辑被执行了两次。一次是在调用 checkIfUserExisted() 函数的时候，另一次是调用 getUserByEmail() 函数的时候。这个问题解决起来比较简单，我们只需要将校验逻辑从 UserRepo 中移除，统一放到 UserService 中就可以了。
除此之外，代码中还有一处比较隐蔽的执行重复，不知道你发现了没有？实际上，login() 函数并不需要调用 checkIfUserExisted() 函数，只需要调用一次 getUserByEmail() 函数，从数据库中获取到用户的 email、password 等信息，然后跟用户输入的 email、password 信息做对比，依次判断是否登录成功。
实现逻辑重复，但功能语义不重复的代码，并不违反 DRY 原则。实现逻辑不重复，但功能语义重复的代码，也算是违反 DRY 原则。除此之外，代码执行重复也算是违反 DRY 原则。
提高代码复用性：减少代码耦合，满足单一职责原则，模块化业务与非业务逻辑分离，通用代码下沉，继承、多态、抽象、封装，应用模板等设计模式。

8.迪米特法则

每个模块（unit）只应该了解那些与它关系密切的模块（units: only units “closely” related to the current unit）的有限知识（knowledge）。或者说，每个模块只和自己的朋友“说话”（talk），不和陌生人“说话”（talk）。不该有直接依赖关系的类之间，不要有依赖；有依赖关系的类之间，尽量只依赖必要的接口。迪米特法则是希望减少类之间的耦合，让类越独立越好。每个类都应该少了解系统的其他部分。一旦发生变化，需要了解这一变化的类就会比较少。
“高内聚、松耦合”是一个非常重要的设计思想，能够有效提高代码的可读性和可维护性，缩小功能改动导致的代码改动范围。“高内聚”用来指导类本身的设计，“松耦合”用来指导类与类之间依赖关系的设计。所谓高内聚，就是指相近的功能应该放到同一个类中，不相近的功能不要放到同一类中。相近的功能往往会被同时修改，放到同一个类中，修改会比较集中。所谓松耦合指的是，在代码中，类与类之间的依赖关系简单清晰。即使两个类有依赖关系，一个类的代码改动也不会或者很少导致依赖类的代码改动。