java设计模式---高内聚、低耦合

java设计模式—高内聚、低耦合

前面两篇关于设计模式的文章简单介绍在系统架构中的设计模式及相应规范准则。本篇我们将简单的介绍下结构化设计的两个基本原则：高内聚、低耦合

1. 定义
内聚关注模块内部的元素结合程度，耦合关注模块之间的依赖程度。
（1）内聚性：
又称块内联系。指模块的功能强度的度量，即一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度的度量。若一个模块内各元素（语名之间、程序段之间）联系的越紧密，则它的内聚性就越高。
所谓高内聚是指一个软件模块是由相关性很强的代码组成，只负责一项任务，也就是常说的单一责任原则。
（2）耦合性：
也称块间联系。指软件系统结构中各模块间相互联系紧密程度的一种度量。模块之间联系越紧密，其耦合性就越强，模块的独立性则越差。模块间耦合高低取决于模块间接口的复杂性、调用的方式及传递的信息。
对于低耦合，粗浅的理解是：一个完整的系统，模块与模块之间，尽可能的使其独立存在。也就是说，让每个模块，尽可能的独立完成某个特定的子功能。模块与模块之间的接口，尽量的少而简单。如果某两个模块间的关系比较复杂的话，最好首先考虑进一步的模块划分。这样有利于修改和组合
2. 耦合
耦合性分类(低――高): 无直接耦合;数据耦合;标记耦合;控制耦合;公共耦合;内容耦合;
（1）无直接耦合：两个模块之间没有直接关系，它们之间的联系完全是通过主模块的控制和调用来实现的。耦合度最弱，模块独立性最强。
（2）数据耦合: 指两个模块之间有调用关系，传递的是简单的数据值，相当于高级语言的值传递;
（3） 标记耦合: 指两个模块之间传递的是数据结构，如高级语言中的数组名、记录名、文件名等这些名字即标记，其实传递的是这个数据结构的地址;
（4）控制耦合: 指一个模块调用另一个模块时，传递的是控制变量（如开关、标志等），被调模块通过该控制变量的值有选择地执行块内某一功能;
（5）公共耦合: 指通过一个公共数据环境相互作用的那些模块间的耦合。公共耦合的复杂程序随耦合模块的个数增加而增加。
（6）内容耦合: 这是最高程度的耦合，也是最差的耦合。当一个模块直接使用另一个模块的内部数据，或通过非正常入口而转入另一个模块内部。
3. 内聚
内聚有如下的种类(低—高）：偶然内聚；逻辑内聚；时间内聚；过程内聚；通信内聚；顺序内聚；功能内聚。
（1）偶然内聚：一个模块内的各处理元素之间没有任何联系，只是偶然地被凑到一起。这种模块也称为巧合内聚，内聚程度最低。
（2）逻辑内聚：这种模块把几种相关的功能组合在一起， 每次被调用时，由传送给模块参数来确定该模块应完成哪一种功能 。
（3）时间内聚：把需要同时执行的动作组合在一起形成的模块称为时间内聚模块。
（4）过程内聚：构件或者操作的组合方式是，允许在调用前面的构件或操作之后，马上调用后面的构件或操作，即使两者之间没有数据进行传递。简单的说就是如果一个模块内的处理元素是相关的，而且必须以特定次序执行则称为过程内聚。
例如某要完成登录的功能，前一个功能判断网络状态，后一个执行登录操作，显然是按照特定次序执行的。
（5）通信内聚：指模块内所有处理元素都在同一个数据结构上操作或所有处理功能都通过公用数据而发生关联（有时称之为信息内聚）。即指模块内各个组成部分都使用相同的数据结构或产生相同的数据结构。
（6）顺序内聚：一个模块中各个处理元素和同一个功能密切相关，而且这些处理必须顺序执行，通常前一个处理元素的输出时后一个处理元素的输入。
例如某要完成获取订单信息的功能，前一个功能获取用户信息，后一个执行计算均价操作，显然该模块内两部分紧密关联。
顺序内聚的内聚度比较高，但缺点是不如功能内聚易于维护。
（7）功能内聚：模块内所有元素的各个组成部分全部都为完成同一个功能而存在，共同完成一个单一的功能，模块已不可再分。即模块仅包括为完成某个功能所必须的所有成分，这些成分紧密联系、缺一不可。
功能内聚是最强的内聚，其优点是它的功能明确。判断一个模块是否功能内聚，一般从模块名称就能看出。如果模块名称只有一个动词和一个特定的目标（单数名词），一般来说就是功能内聚，如：“计算水费”、“计算产值”等模块。功能内聚一般出现在软件结构图的较低层次上。
功能内聚模块的一个重要特点是：他是一个“暗盒”，对于该模块的调用者来说，只需要知道这个模块能做什么，而不需要知道这个模块是如何做的。
4. 高内聚，低耦合的系统有什么好处呢？
事实上，短期来看，并没有很明显的好处，甚至短期内会影响系统的开发进度，因为高内聚，低耦合的系统对开发设计人员提出了更高的要求。高内聚，低耦合的好处体现在系统持续发展的过程中，高内聚，低耦合的系统具有更好的重用性，维护性，扩展性，可以更高效的完成系统的维护开发，持续的支持业务的发展，而不会成为业务发展的障碍。
高内聚低耦合是否意味着内聚越高越好，耦合越低越好？
并不是内聚越高越好，耦合越低越好，真正好的设计是在高内聚和低耦合间进行平衡，也就是说高内聚和低耦合是冲突的。
最强的内聚莫过于一个类只写一个函数，这样内聚性绝对是最高的。但这会带来一个明显的问题：类的数量急剧增多，这样就导致了其它类的耦合特别多，于是整个设计就变成了“高内聚高耦合”了。由于高耦合，整个系统变动同样非常频繁。
对于耦合来说，最弱的耦合是一个类将所有的函数都包含了，这样类完全不依赖其它类，耦合性是最低的。但这样会带来一个明显的问题：内聚性很低，于是整个设计就变成了“低耦合低内聚”了。由于低内聚，整个类的变动同样非常频繁。
真正做到高内聚、低耦合是很难的，很多时候未必一定要这样，更多的时候“最适合”的才是最好的，不过、审时度势、融会贯通、人尽其才、物尽其用，才是设计的王道。
5. 降低耦合度的方法
（1）少使用类的继承，多用接口隐藏实现的细节。 Java面向对象编程引入接口除了支持多态外， 隐藏实现细节也是其中一个目的。
（2）模块的功能化分尽可能的单一，道理也很简单，功能单一的模块供其它模块调用的机会就少。（其实这是高内聚的一种说法，高内聚低耦合一般同时出现，为了限制篇幅，我们将在以后的版期中讨论）。
（3）遵循一个定义只在一个地方出现。
（4）少使用全局变量。
（5）类属性和方法的声明少用public，多用private关键字。
（6）多用设计模式，比如采用MVC的设计模式就可以降低界面与业务逻辑的耦合度。
（7）尽量不用“硬编码”的方式写程序，同时也尽量避免直接用SQL语句操作数据库。
（8）最后当然就是避免直接操作或调用其它模块或类（内容耦合）；
（9）如果模块间必须存在耦合，原则上尽量使用数据耦合，少用控制耦合，
（10）限制公共耦合的范围，避免使用内容耦合。