设计原则与思想：面向对象11讲

设计原则与思想：面向对象11讲

理论一：面向对象到底是什么

面向对象编程和面向对象编程语言？

面向对象编程中有两个非常重要、非常基础的概念，那就是类（class）和对象（object）。

• 面向对象编程是一种编程范式或编程风格。它以类或对象作为组织代码的基本单元，并将封装、抽象、继承、多态四个特性，作为代码设计和实现的基石 。
• 面向对象编程语言是支持类或对象的语法机制，并有现成的语法机制，能方便地实现面向对象编程四大特性（封装、抽象、继承、多态）的编程语言。

一般来讲， 面向对象编程都是通过使用面向对象编程语言来进行的，但是，不用面向对象编程语言，我们照样可以进行面向对象编程。

如何判定某编程语言是否是面向对象编程语言？

​ 面向对象编程从字面上，按照最简单、最原始的方式来理解，就是将对象或类作为代码组织的基本单元，来进行编程的一种编程范式或者编程风格，并不一定需要封装、抽象、继承、多态这四大特性的支持。

​ 面向对象编程语言是支持类或对象的语法机制，并有现成的语法机制，能方便地实现面向对象编程四大特性（封装、抽象、继承、多态）的编程语言。

什么是面向对象分析和面向对象设计？

​ OOA、OOD、OOP 三个连在一起就是面向对象分析、设计、编程（实现），正好是面向对象软件开发要经历的三个阶段。

​ 面向对象分析就是要搞清楚做什么，面向对象设计就是要搞清楚怎么做，面向对象编程就是将分析和设计的的结果翻译成代码的过程。

理论二：封装、抽象、继承、多态分别可以解决哪些编程问题？

​ 理解面向对象编程及面向对象编程语言的关键就是理解其四大特性：封装、抽象、继承、多态。不过，对于这四大特性，光知道它们的定义是不够的，我们还要知道每个特性存在的意义和目的，以及它们能解决哪些编程问题。

一、多态（晚绑定；运行时；一个接口，多种实现）

面向对象的四大特性：封装、继承、多态、抽象。从一定角度来看，封装和继承几乎都是为多态而准备的。是最重要的知识点。

多态的定义：指允许不同类的对象对同一消息做出响应。即同一消息可以根据发送对象的不同而采用多种不同的行为方式。（发送消息就是函数调用）

实现多态的技术称为：动态绑定（dynamic binding），是指在执行期间判断所引用对象的实际类型，根据其实际的类型调用其相应的方法。

多态的作用：消除类型之间的耦合关系。

现实中，关于多态的例子不胜枚举。比方说按下 F1 键这个动作，如果当前在 Flash 界面下弹出的就是 AS 3 的帮助文档；如果当前在 Word 下弹出的就是 Word 帮助；在 Windows 下弹出的就是 Windows 帮助和支持。同一个事件发生在不同的对象上会产生不同的结果。

下面是多态存在的三个必要条件，要求大家做梦时都能背出来！

多态存在的三个必要条件

一、要有继承；

二、要有重写；

三、父类引用指向子类对象。

多态的好处：

1、可替换性（substitutability）。多态对已存在代码具有可替换性。例如，多态对圆Circle类工作，对其他任何圆形几何体，如圆环，也同样工作。

2、可扩充性（extensibility）。多态对代码具有可扩充性。增加新的子类不影响已存在类的多态性、继承性，以及其他特性的运行和操作。实际上新加子类更容易获得多态功能。例如，在实现了圆锥、半圆锥以及半球体的多态基础上，很容易增添球体类的多态性。

3、接口性（interface-ability）。多态是超类通过方法签名，向子类提供了一个共同接口，由子类来完善或者覆盖它而实现的。如图8.3 所示。图中超类Shape规定了两个实现多态的接口方法，computeArea()以及computeVolume()。子类，如Circle和Sphere为了实现多态，完善或者覆盖这两个接口方法。

4、灵活性（flexibility）。它在应用中体现了灵活多样的操作，提高了使用效率。

5、简化性（simplicity）。多态简化对应用软件的代码编写和修改过程，尤其在处理大量对象的运算和操作时，这个特点尤为突出和重要。

Java中多态的实现方式：接口实现，继承父类进行方法重写，同一个类中进行方法重载。

实例一：

public class Wine {  
    public void fun1(){  
        System.out.println("Wine 的Fun.....");  
        fun2();  
    }  
      
    public void fun2(){  
        System.out.println("Wine 的Fun2...");  
    }  
}  
  
  
public class JNC extends Wine{  
    /** 
     * @desc 子类重载父类方法 
     *        父类中不存在该方法，向上转型后，父类是不能引用该方法的 
     * @param a 
     * @return void 
     */  
    public void fun1(String a){  
        System.out.println("JNC 的 Fun1...");  
        fun2();  
    }  
      
    /** 
     * 子类重写父类方法 
     * 指向子类的父类引用调用fun2时，必定是调用该方法 
     */  
    public void fun2(){  
        System.out.println("JNC 的Fun2...");  
    }  
}  
  
  
public class Test {  
    public static void main(String[] args) {  
        Wine a = new JNC();  
        a.fun1();  
    }  
}  

运行结果：

Wine 的Fun.....  
JNC 的Fun2...  

实例二（多态==晚绑定）：

不要把函数重载理解为多态。因为多态是一种运行期的行为，不是编译期的行为。

比如 Parent p = new Child();

当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；如果有，再去调用子类的该同名方法。（注意此处，静态static方法属于特殊情况，静态方法只能继承，不能重写Override，如果子类中定义了同名同形式的静态方法，它对父类方法只起到隐藏的作用。调用的时候用谁的引用，则调用谁的版本。）

如果想要调用子类中有而父类中没有的方法，需要进行强制类型转换，如上面的例子中，将p转换为子类Child类型的引用。因为当用父类的引用指向子类的对象，用父类引用调用方法时，找不到父类中不存在的方法。这时候需要进行向下的类型转换，将父类引用转换为子类引用。

结合实例说明，主要讲讲两种类型转换和两种编译时候的错误：

public class PolyTest  
{  
    public static void main(String[] args)  
    {  
          
        //向上类型转换  
        Cat cat = new Cat();  
        Animal animal = cat;  
        animal.sing();  
  
                  
        //向下类型转换  
        Animal a = new Cat();  
        Cat c = (Cat)a;  
        c.sing();  
        c.eat();  
  
  
        //编译错误  
        //用父类引用调用父类不存在的方法，Cat类中定义了eat()方法，但是Animal类中没有这个方法，a1引用是Animal类的，所以找不到。
        //Animal a1 = new Cat();  
        //a1.eat();  
          
        //编译错误  
        //向下类型转换时只能转向指向的对象类型，因为父类引用指向的是Cat类的对象，而要强制转换成Dog类，这是不可能的。
        //Animal a2 = new Cat();  
        //Cat c2 = (Dog)a2;  
          
  
  
    }  
}  
class Animal  
{  
    public void sing()  
    {  
        System.out.println("Animal is singing!");  
    }  
}  
class Dog extends Animal  
{  
    public void sing()  
    {  
        System.out.println("Dog is singing!");  
    }  
}  
class Cat extends Animal  
{  
    public void sing()  
    {  
        System.out.println("Cat is singing!");  
    }  
    public void eat()  
    {  
        System.out.println("Cat is eating!");  
    }  
}  

二、抽象

1、抽象类

对于面向对象编程来说，抽象是它的一大特征之一。在Java中，可以通过两种形式来体现OOP的抽象：接口和抽象类。这两者有太多相似的地方，又有太多不同的地方。很多人在初学的时候会以为它们可以随意互换使用，但是实际则不然。抽象方法是一种特殊的方法：它只有声明，而没有具体的实现。抽象方法的声明格式为：

abstract void fun();

抽象方法必须用abstract关键字进行修饰。如果一个类含有抽象方法，则称这个类为抽象类，抽象类必须在类前用abstract关键字修饰。因为抽象类中含有无具体实现的方法，所以不能用抽象类创建对象。

下面要注意一个问题：在《JAVA编程思想》一书中，将抽象类定义为“包含抽象方法的类”，但是后面发现如果一个类不包含抽象方法，只是用abstract修饰的话也是抽象类。也就是说抽象类不一定必须含有抽象方法。个人觉得这个属于钻牛角尖的问题吧，因为如果一个抽象类不包含任何抽象方法，为何还要设计为抽象类？所以暂且记住这个概念吧，不必去深究为什么。

[public] abstract class ClassName {
    abstract void fun();
}

从这里可以看出，抽象类就是为了继承而存在的，如果你定义了一个抽象类，却不去继承它，那么等于白白创建了这个抽象类，因为你不能用它来做任何事情。对于一个父类，如果它的某个方法在父类中实现出来没有任何意义，必须根据子类的实际需求来进行不同的实现，那么就可以将这个方法声明为abstract方法，此时这个类也就成为abstract类了。

包含抽象方法的类称为抽象类，但并不意味着抽象类中只能有抽象方法，它和普通类一样，同样可以拥有成员变量和普通的成员方法。注意，抽象类和普通类的主要有三点区别：

1）抽象方法必须为public或者protected（因为如果为private，则不能被子类继承，子类便无法实现该方法），缺省情况下默认为public。

2）抽象类不能用来创建对象；

3）如果一个类继承于一个抽象类，则子类必须实现父类的抽象方法。如果子类没有实现父类的抽象方法，则必须将子类也定义为为abstract类。

在其他方面，抽象类和普通的类并没有区别。

2、接口

接口，英文称作interface，在软件工程中，接口泛指供别人调用的方法或者函数。从这里，我们可以体会到Java语言设计者的初衷，它是对行为的抽象。在Java中，定一个接口的形式如下：

[public] interface InterfaceName {
}

接口中可以含有变量和方法。但是要注意，接口中的变量会被隐式地指定为public static final变量（并且只能是public static final变量，用private修饰会报编译错误），而方法会被隐式地指定为public abstract方法且只能是public abstract方法（用其他关键字，比如private、protected、static、 final等修饰会报编译错误），并且接口中所有的方法不能有具体的实现，也就是说，接口中的方法必须都是抽象方法。从这里可以隐约看出接口和抽象类的区别，接口是一种极度抽象的类型，它比抽象类更加“抽象”，并且一般情况下不在接口中定义变量。

要让一个类遵循某组特地的接口需要使用implements关键字，具体格式如下：

class ClassName implements Interface1,Interface2,[....]{
}

可以看出，允许一个类遵循多个特定的接口。如果一个非抽象类遵循了某个接口，就必须实现该接口中的所有方法。对于遵循某个接口的抽象类，可以不实现该接口中的抽象方法。

3、抽象类和接口的区别

1.语法层面上的区别

1）抽象类可以提供成员方法的实现细节，而接口中只能存在public abstract 方法；

2）抽象类中的成员变量可以是各种类型的，而接口中的成员变量只能是public static final类型的；

3）接口中不能含有静态代码块以及静态方法，而抽象类可以有静态代码块和静态方法；

4）一个类只能继承一个抽象类，而一个类却可以实现多个接口。

2.设计层面上的区别

1）抽象类是对一种事物的抽象，即对类抽象，而接口是对行为的抽象。抽象类是对整个类整体进行抽象，包括属性、行为，但是接口却是对类局部（行为）进行抽象。举个简单的例子，飞机和鸟是不同类的事物，但是它们都有一个共性，就是都会飞。那么在设计的时候，可以将飞机设计为一个类Airplane，将鸟设计为一个类Bird，但是不能将 飞行 这个特性也设计为类，因此它只是一个行为特性，并不是对一类事物的抽象描述。此时可以将 飞行 设计为一个接口Fly，包含方法fly( )，然后Airplane和Bird分别根据自己的需要实现Fly这个接口。然后至于有不同种类的飞机，比如战斗机、民用飞机等直接继承Airplane即可，对于鸟也是类似的，不同种类的鸟直接继承Bird类即可。从这里可以看出，继承是一个 "是不是"的关系，而 接口 实现则是 "有没有"的关系。如果一个类继承了某个抽象类，则子类必定是抽象类的种类，而接口实现则是有没有、具备不具备的关系，比如鸟是否能飞（或者是否具备飞行这个特点），能飞行则可以实现这个接口，不能飞行就不实现这个接口。

2）设计层面不同，抽象类作为很多子类的父类，它是一种模板式设计。而接口是一种行为规范，它是一种辐射式设计，想想计算机接口。什么是模板式设计？最简单例子，大家都用过ppt里面的模板，如果用模板A设计了ppt B和ppt C，ppt B和ppt C公共的部分就是模板A了，如果它们的公共部分需要改动，则只需要改动模板A就可以了，不需要重新对ppt B和ppt C进行改动。而辐射式设计，比如某个电梯都装了某种报警器，一旦要更新报警器，就必须全部更新。也就是说对于抽象类，如果需要添加新的方法，可以直接在抽象类中添加具体的实现，子类可以不进行变更；而对于接口则不行，如果接口进行了变更，则所有实现这个接口的类都必须进行相应的改动。

下面看一个网上流传最广泛的例子：门和警报的例子：门都有open( )和close( )两个动作，此时我们可以定义通过抽象类和接口来定义这个抽象概念：

abstract class Door {
    public abstract void open();
    public abstract void close();
}

或者

interface Door {
    public abstract void open();
    public abstract void close();
}

但是现在如果我们需要门具有报警alarm( )的功能，那么该如何实现？下面提供两种思路：

1）将这三个功能都放在抽象类里面，但是这样一来所有继承于这个抽象类的子类都具备了报警功能，但是有的门并不一定具备报警功能；

2）将这三个功能都放在接口里面，需要用到报警功能的类就需要实现这个接口中的open( )和close( )，也许这个类根本就不具备open( )和close( )这两个功能，比如火灾报警器。

从这里可以看出， Door的open() 、close()和alarm()根本就属于两个不同范畴内的行为，open()和close()属于门本身固有的行为特性，而alarm()属于延伸的附加行为。因此最好的解决办法是单独将报警设计为一个接口，包含alarm()行为,Door设计为单独的一个抽象类，包含open和close两种行为。再设计一个报警门继承Door类和实现Alarm接口。

interface Alram {
    void alarm();
}
 
abstract class Door {
    void open();
    void close();
}
 
class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
    void oepn() {
      //....
    }
    void close() {
      //....
    }
    void alarm() {
      //....
    }
}

三、封装

封装(encapsulation)是计算机常见的术语，即保留有限的外部接口(interface)，隐藏具体实施细节。比如在Linux架构，就可以看到Linux操作系统封装了底层硬件的具体细节，只保留了系统调用这一套接口。用户处在封装的外部，只能通过接口，进行所需的操作。

对象(object)指代某一事物，类(class)指代象的类型。对象可以有状态和动作，即数据成员和方法。在对象内部，我们利用this来调用对象的数据成员和方法。在对象外部，比如当我们在另一个类中调用对象的时，可以使用 对象.数据成员 和 对象.方法() 来调用对象的数据成员和方法。

我们将要封装(encapsulation)对象的成员(成员包括数据成员和方法)，从而只允许从外部调用部分的成员。利用封装，我们可以提高对象的易用性和安全性。

1、封装与接口

封装在生活中很常见。比如下面是一个充电电筒：

一个用户即使不看说明书，也可以猜到这个电筒的操作: 开关和充电。这个电筒用一个塑料壳将用户不需要接触的内部细节隐藏起来，只保留了两个接口，开关和电插头。使用这两个接口，用户足以使用该产品在设计中想要实现的功能。如果所有的细节都同时暴露给用户，那么用户会对产品感到不知所措 (比如下面不加壳的遥控器)。因此，封装提高了产品的易用性。

如果产品不封装，电筒或者遥控器的许多细节会暴露在用户面前: 电池、电路、密封的橡胶等等。尽管这可以让用户更自由的对产品实施操作，比如直接给电池放电，取出一个LED灯等等。然而，用户往往要承担更大的损坏产品的风险。因此，封装提高了产品的安全性。

一个Java软件产品与一个日常产品相同。一个对象内部可以有许多成员(数据成员和方法)。有一些数据成员和方法只是内部使用。这时，我们会希望有一个给对象“加壳”的机制，从而封装对象。这样，用户可以比较容易学习和使用外部的接口，而不必接触内部成员。

2、对象成员的封装

通过三个关键字来控制对象的成员的外部可见性(visibility): public, private, protected。

public: 该成员外部可见，即该成员为接口的一部分
private: 该成员外部不可见，只能用于内部使用，无法从外部访问。

下面看一个例子：

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Human aPerson = new Human(160);
        System.out.println(aPerson.getHeight());
        aPerson.growHeight(170);
        System.out.println(aPerson.getHeight());
        aPerson.repeatBreath(100);
    }
 
}
 
class Human
{
    /**
     * constructor
     */
    public Human(int h)
    {
        this.height = h;
        System.out.println("I'm born");
    }
 
    /**
     * accessor
     */
    public int getHeight()
    {
       return this.height;
    }
 
    /**
     * mutator
     */
    public void growHeight(int h)
    {
        this.height = this.height + h;
    }
 
     /**
      * encapsulated, for internal use
      */
    private void breath()
    {
        System.out.println("hu...hu...");
    }
 
 
   /**
    * call breath()
    */
    public void repeatBreath(int rep)
    {
        int i;
        for(i = 0; i < rep; i++) {
            this.breath();
        }
    }
 
    private int height; // encapsulated, for internal use
}

内部方法并不受封装的影响。Human的内部方法可以调用任意成员，即使是设置为private的height和breath()。

外部方法只能调用public成员。当我们在Human外部时，比如Test中，我们只能调用Human中规定为public的成员，而不能调用规定为private的成员。

通过封装，Human类就只保留了下面几个方法作为接口：

getHeight()
growHeight()
repBreath()

我们可以将Human类及其接口表示为如下图的形式：

如果我们从main中强行调用height：

System.out.println(aPerson.height);

将会有如下错误提示：

Test.java:6: height has private access in Human
        System.out.println(aPerson.height);
                                  ^
1 error

Beep, 你触电了！ 一个被说明为private的成员，不能被外部调用。

在Java的通常规范中，表达状态的数据成员(比如height)要设置成private。对数据成员的修改要通过接口提供的方法进行(比如getHeight()和growHeight())。这个规范起到了保护数据的作用。用户不能直接修改数据，必须通过相应的方法才能读取和写入数据。类的设计者可以在接口方法中加入数据的使用规范。

3、类的封装

在一个.java文件中，有且只能有一个类带有public关键字，比如上面的Test类。所以，从任意其他类中，我们都可以直接调用该类。Human类没有关键字。更早之前，我们对象的成员也没有关键字。这种没有关键字的情况也代表了一种可见性，我将在包(package)的讲解中深入。

四、继承

在java中使用extends关键字来表示继承关系。当创建一个类时，总是在继承，如果没有明确指出要继承的类，就总是隐式地从根类Object进行继承。比如下面这段代码：

class Person {
    public Person() {
         
    }
}
 
class Man extends Person {
    public Man() {
         
    }
}

类Man继承于Person类，这样一来的话，Person类称为父类（基类），Man类称为子类（导出类）。如果两个类存在继承关系，则子类会自动继承父类的方法和变量，在子类中可以调用父类的方法和变量。在java中，只允许单继承，也就是说 一个类最多只能显示地继承于一个父类。但是一个类却可以被多个类继承，也就是说一个类可以拥有多个子类。

1、子类继承父类的成员变量

当子类继承了某个类之后，便可以使用父类中的成员变量，但是并不是完全继承父类的所有成员变量。具体的原则如下：

1）能够继承父类的public和protected成员变量；不能够继承父类的private成员变量；

2）对于父类的包访问权限成员变量，如果子类和父类在同一个包下，则子类能够继承；否则，子类不能够继承；

3）对于子类可以继承的父类成员变量，如果在子类中出现了同名称的成员变量，则会发生隐藏现象，即子类的成员变量会屏蔽掉父类的同名成员变量。如果要在子类中访问父类中同名成员变量，需要使用super关键字来进行引用。

实例：父类引用指向子类对象之属性

class B{
	int i =1;
	int k =5656;
	public void add(){
		
	}
}
class C extends B{
	int i =5;
	int j;
	public C(){
		super.i = 7;
	}
	public void add(){
		super.i = 8888;
	}
}
public class A {
	public static void print(B b){
		System.out.println(b.i);
	}
	public static void main(String[] args) {
		B b = new C();
		System.out.println(b.i); //7 创建C对象时，构造器改变了B的i的属性值
		//System.out.println(b.j); 调不到子类的属性
		print(b);//7
		C c = new C();
		System.out.println(c.i);//5 子类和父类的i不是一个，这个不能重写
		print(c);//7  向上转型后，是B的i了
	}
}

结果：

7
7
5
7

一般而言，Father f = new Child()
创建对象时，会先创建父类对象再创建子类对象，空间明显比只创建父类引用的f要大，这个时候以f为准，多余的信息存在，但是f并不能指向
这种形式记住一句话：属性静态绑定，方法动态绑定。

2、子类继承父类的方法

同样地，子类也并不是完全继承父类的所有方法。

1）能够继承父类的public和protected成员方法；不能够继承父类的private成员方法；

2）对于父类的包访问权限成员方法，如果子类和父类在同一个包下，则子类能够继承；否则，子类不能够继承；

3）对于子类可以继承的父类成员方法，如果在子类中出现了同名称的成员方法，则称为覆盖，即子类的成员方法会覆盖掉父类的同名成员方法。如果要在子类中访问父类中同名成员方法，需要使用super关键字来进行引用。

注意：隐藏和覆盖是不同的。隐藏是针对成员变量和静态方法的，而覆盖是针对普通方法的。（后面会讲到）

3、构造器

子类是不能够继承父类的构造器，但是要注意的是，如果父类的构造器都是带有参数的，则必须在子类的构造器中显示地通过super关键字调用父类的构造器并配以适当的参数列表。如果父类有无参构造器，则在子类的构造器中用super关键字调用父类构造器不是必须的，如果没有使用super关键字，系统会自动调用父类的无参构造器。看下面这个例子就清楚了：

class Shape {
     
    protected String name;
     
    public Shape(){
        name = "shape";
    }
     
    public Shape(String name) {
        this.name = name;
    }
}
 
class Circle extends Shape {
     
    private double radius;
     
    public Circle() {
        radius = 0;
    }
     
    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }
     
    public Circle(double radius,String name) {
        this.radius = radius;
        this.name = name;
    }
}

4、super

super主要有两种用法：

1）super.成员变量/super.成员方法;

2）super(parameter1,parameter2…)

第一种用法主要用来在子类中调用父类的同名成员变量或者方法；第二种主要用在子类的构造器中显示地调用父类的构造器，要注意的是，如果是用在子类构造器中，则必须是子类构造器的第一个语句。

五、一些问题

1、看下面代码的输出结果：

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        new Circle();
    }
}
 
class Draw {
     
    public Draw(String type) {
        System.out.println(type+" draw constructor");
    }
}
 
class Shape {
    private Draw draw = new Draw("shape");
     
    public Shape(){
        System.out.println("shape constructor");
    }
}
 
class Circle extends Shape {
    private Draw draw = new Draw("circle");
    public Circle() {
        System.out.println("circle constructor");
    }
}

输出结果：

shape draw constructor
shape constructor
circle draw constructor
circle constructor

这个问题是类继承时构造器的调用顺序和初始化顺序。要记住一点：父类的构造器调用以及初始化过程一定在子类的前面。由于Circle类的父类是Shape类，所以Shape类先进行初始化，然后再执行Shape类的构造器。接着才是对子类Circle进行初始化，最后执行Circle的构造器。

2、看下面代码的输出结果：

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        Shape shape = new Circle();
        System.out.println(shape.name);
        shape.printType();
        shape.printName();
    }
}
 
class Shape {
    public String name = "shape";
     
    public Shape(){
        System.out.println("shape constructor");
    }
     
    public void printType() {
        System.out.println("this is shape");
    }
     
    public static void printName() {
        System.out.println("shape");
    }
}
 
class Circle extends Shape {
    public String name = "circle";
     
    public Circle() {
        System.out.println("circle constructor");
    }
     
    public void printType() {
        System.out.println("this is circle");
    }
     
    public static void printName() {
        System.out.println("circle");
    }
}

输出结果：

shape constructor
circle constructor
shape
this is circle
shape

这个问题是隐藏和覆盖的区别，覆盖只针对非静态方法（终态方法不能被继承，所以就存在覆盖一说了），而隐藏是针对成员变量和静态方法的。这2者之间的区别是：覆盖受RTTI（Runtime type identification）约束的，而隐藏却不受该约束。也就是说只有覆盖方法才会进行动态绑定，而隐藏是不会发生动态绑定的。在Java中，除了static方法和final方法，其他所有的方法都是动态绑定。因此，就会出现上面的输出结果。

理论三：面向对象相比面向过程有哪些优势？面向过程真的过时了吗？

什么是面向过程编程与面向过程编程语言？

• 面向对象编程是一种编程范式或编程风格。它以类或对象作为组织代码的基本单元，并将封装、抽象、继承、多态四个特性，作为代码设计和实现的基石 。
• 面向对象编程语言是支持类或对象的语法机制，并有现成的语法机制，能方便地实现面向对象编程四大特性（封装、抽象、继承、多态）的编程语言。
• 面向过程编程也是一种编程范式或编程风格。它以过程（可以理解为方法、函数、操作）作为组织代码的基本单元，以数据（可以理解为成员变量、属性）与方法相分离为最主要的特点。
• 面向过程风格是一种流程化的编程风格，通过拼接一组顺序执行的方法来操作数据完成一项功能。面向过程编程语言首先是一种编程语言。它最大的特点是不支持类和对象两个语法概念，不支持丰富的面向对象编程特性（比如继承、多态、封装），仅支持面向过程编程。

面向过程和面向对象最基本的区别就是，代码的组织方式不同。面向过程风格的代码被组织成了一组方法集合及其数据结构（struct User），方法和数据结构的定义是分开的。面向对象风格的代码被组织成一组类，方法和数据结构被绑定一起，定义在类中。

面向对象编程相比面向过程编程有哪些优势？

面向对象编程相比起面向过程编程的优势主要有三个。

• 对于大规模复杂程序的开发，程序的处理流程并非单一的一条主线，而是错综复杂的网状结构。面向对象编程比起面向过程编程，更能应对这种复杂类型的程序开发。
• 面向对象编程相比面向过程编程，具有更加丰富的特性（封装、抽象、继承、多态）。利用这些特性编写出来的代码，更加易扩展、易复用、易维护。
• 从编程语言跟机器打交道的方式的演进规律中，我们可以总结出：面向对象编程语言比起面向过程编程语言，更加人性化、更加高级、更加智能。

面向对象编程比面向过程编程，更加容易应对大规模复杂程序的开发。但像 Unix、Linux 这些复杂的系统，也都是基于 C 语言这种面向过程的编程语言开发的，你怎么看待这个现象？这跟我之前的讲解相矛盾吗？

​ 使用任何一个编程语言编写的程序，最终执行上都要落实到CPU一条一条指令的执行（无论通过虚拟机解释执行，还是直接编译为机器码），CPU看不到是使用何种语言编写的程序。对于所有编程语言最终目的是两种：提高硬件的运行效率和提高程序员的开发效率。然而这两种很难兼得。
C语言在效率方面几乎做到了极致，它更适合挖掘硬件的价值，如：C语言用数组char a[8]，经过编译以后变成了（基地址＋偏移量）的方式。对于CPU来说，没有运算比加法更快，它的执行效率的算法复杂度是O(1)的。从执行效率这个方面看，开发操作系统和贴近硬件的底层程序，C语言是极好的选择。
C语言带来的问题是内存越界、野指针、内存泄露等。它只关心程序飞的高不高，不关心程序猿飞的累不累。为了解脱程序员，提高开发效率，设计了OOP等更“智能”的编程语言，但是开发容易毕竟来源于对底层的一层一层又一层的包装。完成一个特定操作有了更多的中间环节, 占用了更大的内存空间, 占用了更多的CPU运算。从这个角度看，OOP这种高级语言的流行是因为硬件越来越便宜了。我们可以想象如果大众消费级的主控芯片仍然是单核600MHz为主流，运行Android系统点击一个界面需要2秒才能响应，那我们现在用的大部分手机程序绝对不是使用JAVA开发的，Android操作系统也不可能建立起这么大的生态。

理论四：哪些代码设计看似是面向对象，实际是面向过程的？

1. 滥用 getter、setter 方法

   在设计实现类的时候，除非真的需要，否则，尽量不要给属性定义 setter 方法。除此之外，尽管 getter 方法相对 setter 方法要安全些，但是如果返回的是集合容器（比如例子中的 List 容器），也要防范集合内部数据被修改的危险。

2. 滥用全局变量和全局方法

   在面向对象编程中，常见的全局变量有单例类对象、静态成员变量、常量等，常见的全局方法有静态方法。

   单例类对象在全局代码中只有一份，所以，它相当于一个全局变量。静态成员变量归属于类上的数据，被所有的实例化对象所共享，也相当于一定程度上的全局变量。而常量是一种非常常见的全局变量，比如一些代码中的配置参数，一般都设置为常量，放到一个 Constants 类中。静态方法一般用来操作静态变量或者外部数据。常用的各种 Utils 类，里面的方法一般都会定义成静态方法，可以在不用创建对象的情况下，直接拿来使用。静态方法将方法与数据分离，破坏了封装特性，是典型的面向过程风格。

如何改进 Constants 类的设计呢？

• 第一种是将 Constants 类拆解为功能更加单一的多个类，比如跟 MySQL 配置相关的常量，我们放到 MysqlConstants 类中；跟 Redis 配置相关的常量，我们放到 RedisConstants 类中。
• 不单独地设计 Constants 常量类，而是哪个类用到了某个常量，我们就把这个常量定义到这个类中。比如，RedisConfig 类用到了 Redis 配置相关的常量，那我们就直接将这些常量定义在 RedisConfig 中，这样也提高了类设计的内聚性和代码的复用性。

为什么需要 Utils 类？Utils 类存在的意义是什么？

​ 只包含静态方法不包含任何属性的 Utils 类，是彻彻底底的面向过程的编程风格。但这并不是说，我们就要杜绝使用 Utils 类了。实际上，从刚刚讲的 Utils 类存在的目的来看，它在软件开发中还是挺有用的，能解决代码复用问题。

类比 Constants 类的设计，我们设计 Utils 类的时候，最好也能细化一下，针对不同的功能，设计不同的 Utils 类，比如 FileUtils、IOUtils、StringUtils、UrlUtils 等，不要设计一个过于大而全的 Utils 类。

3. 定义数据和方法分离的类

​ 传统的 MVC 结构分为 Model 层、Controller 层、View 层这三层。不过，在做前后端分离之后，三层结构在后端开发中，会稍微有些调整，被分为 Controller 层、Service 层、Repository 层。Controller 层负责暴露接口给前端调用，Service 层负责核心业务逻辑，Repository 层负责数据读写。而在每一层中，我们又会定义相应的 VO（View Object）、BO（Business Object）、Entity。一般情况下，VO、BO、Entity 中只会定义数据，不会定义方法，所有操作这些数据的业务逻辑都定义在对应的 Controller 类、Service 类、Repository 类中。这就是典型的面向过程的编程风格。这种开发模式叫作基于贫血模型的开发模式。

在面向对象编程中，为什么容易写出面向过程风格的代码？

​ 在生活中，你去完成一个任务，你一般都会思考，应该先做什么、后做什么，如何一步一步地顺序执行一系列操作，最后完成整个任务。面向过程编程风格恰恰符合人的这种流程化思维方式。而面向对象编程风格正好相反。它是一种自底向上的思考方式。它不是先去按照执行流程来分解任务，而是将任务翻译成一个一个的小的模块（也就是类），设计类之间的交互，最后按照流程将类组装起来，完成整个任务。这样的思考路径比较适合复杂程序的开发，但并不是特别符合人类的思考习惯。

理论五：接口vs抽象类的区别？如何用普通的类模拟抽象类和接口？

接口和抽象类的区别是什么？什么时候用接口？什么时候用抽象类？抽象类和接口存在的意义是什么？能解决哪些编程问题？

1. 抽象类和接口的语法特性抽象类不允许被实例化，只能被继承。它可以包含属性和方法。方法既可以包含代码实现，也可以不包含代码实现。不包含代码实现的方法叫作抽象方法。子类继承抽象类，必须实现抽象类中的所有抽象方法。接口不能包含属性，只能声明方法，方法不能包含代码实现。类实现接口的时候，必须实现接口中声明的所有方法。
2. 抽象类和接口存在的意义抽象类是对成员变量和方法的抽象，是一种 is-a 关系，是为了解决代码复用问题。接口仅仅是对方法的抽象，是一种 has-a 关系，表示具有某一组行为特性，是为了解决解耦问题，隔离接口和具体的实现，提高代码的扩展性。
3. 抽象类和接口的应用场景区别什么时候该用抽象类？什么时候该用接口？实际上，判断的标准很简单。如果要表示一种 is-a 的关系，并且是为了解决代码复用问题，我们就用抽象类；如果要表示一种 has-a 关系，并且是为了解决抽象而非代码复用问题，那我们就用接口。

理论六：为什么基于接口而非实现编程？有必要为每个类都定义接口吗？

​ 基于接口而非实现编程。这个原则非常重要，是一种非常有效的提高代码质量的手段，在平时的开发中特别经常被用到。应用这条原则，可以将接口和实现相分离，封装不稳定的实现，暴露稳定的接口。上游系统面向接口而非实现编程，不依赖不稳定的实现细节，这样当实现发生变化的时候，上游系统的代码基本上不需要做改动，以此来降低耦合性，提高扩展性。

​ 越抽象、越顶层、越脱离具体某一实现的设计，越能提高代码的灵活性，越能应对未来的需求变化。好的代码设计，不仅能应对当下的需求，而且在将来需求发生变化的时候，仍然能够在不破坏原有代码设计的情况下灵活应对。而抽象就是提高代码扩展性、灵活性、可维护性最有效的手段之一。

​ 做软件开发的时候，一定要有抽象意识、封装意识、接口意识。在定义接口的时候，不要暴露任何实现细节。接口的定义只表明做什么，而不是怎么做。而且，在设计接口的时候，我们要多思考一下，这样的接口设计是否足够通用，是否能够做到在替换具体的接口实现的时候，不需要任何接口定义的改动。一方面，命名要足够通用，不能包含跟具体实现相关的字眼；另一方面，与特定实现有关的方法不要定义在接口中。

是否需要为每个类定义接口？

​ 做任何事情都要讲求一个“度”，过度使用这条原则，非得给每个类都定义接口，接口满天飞，也会导致不必要的开发负担。至于什么时候，该为某个类定义接口，实现基于接口的编程，什么时候不需要定义接口，直接使用实现类编程，我们做权衡的根本依据，还是要回归到设计原则诞生的初衷上来。

​ 从这个设计初衷上来看，如果在我们的业务场景中，某个功能只有一种实现方式，未来也不可能被其他实现方式替换，那我们就没有必要为其设计接口，也没有必要基于接口编程，直接使用实现类就可以了。越是不稳定的系统，我们越是要在代码的扩展性、维护性上下功夫。相反，如果某个系统特别稳定，在开发完之后，基本上不需要做维护，那我们就没有必要为其扩展性，投入不必要的开发时间。

​ 在今天举的代码例子中，尽管我们通过接口来隔离了两个具体的实现。但是，在项目中很多地方，我们都是通过下面第 8 行的方式来使用接口的。这就会产生一个问题，那就是，如果我们要替换图片存储方式，还是需要修改很多类似第 8 行那样的代码。这样的设计还是不够完美，对此，你有更好的实现思路吗？

// ImageStore的使用举例
public class ImageProcessingJob {
  private static final String BUCKET_NAME = "ai_images_bucket";
  //...省略其他无关代码...
  
  public void process() {
    Image image = ...;//处理图片，并封装为Image对象
    ImageStore imageStore = new PrivateImageStore(/*省略构造函数*/);
    imagestore.upload(image, BUCKET_NAME);
  }

​ 1、简单工厂方法
ImageStore imageStore = ImageStoreFactory.newInstance(SOTRE_TYPE_CONFIG);
config文件可以写类似properties的文件，使用key-value存储。

缺点：再新增另一种存储手段时，需要修改工厂类和添加新的类。修改工厂类，违反了开放-封闭原则。那有没有更好一点的方法呢？

​ 2、使用反射。
在配置文件中定义需要的image store类型。
在ProcessJob中 ImageStore store = (ImageStore) Class.forName(STORE_CLASS).newInstance();

缺点：使用反射，在大量创建对象时会有性能损失。

public class ImgStoreFactory {

    private ImgStoreFactory(){

    }

    public static ImageStore create(Class<?> clz){
        if (clz == AliyunStore.class){
            return new AliyunStore();
        }else if (clz == PrivateYunStore.class){
            return new PrivateYunStore();
        }else {
            throw new IllegalStateException("..");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ImageStore store = ImgStoreFactory.create(AliyunStore.class);
        store.dosth();
    }
}

理论七：为何说要多用组合少用继承？如何决定该用组合还是继承？

​ 在面向对象编程中，有一条非常经典的设计原则，那就是：组合优于继承，多用组合少用继承。为什么不推荐使用继承？组合相比继承有哪些优势？如何判断该用组合还是继承？

​ 假设我们要设计一个关于鸟的类。我们将“鸟类”这样一个抽象的事物概念，定义为一个抽象类 AbstractBird。所有更细分的鸟，比如麻雀、鸽子、乌鸦等，都继承这个抽象类。我们知道，大部分鸟都会飞，那我们可不可以在 AbstractBird 抽象类中，定义一个 fly() 方法呢？答案是否定的。尽管大部分鸟都会飞，但也有特例，比如鸵鸟就不会飞。鸵鸟继承具有 fly() 方法的父类，那鸵鸟就具有“飞”这样的行为，这显然不符合我们对现实世界中事物的认识。当然，你可能会说，我在鸵鸟这个子类中重写（override）fly() 方法，让它抛出 UnSupportedMethodException 异常不就可以了吗？具体的代码实现如下所示：

public class AbstractBird {
  //...省略其他属性和方法...
  public void fly() { //... }
}

public class Ostrich extends AbstractBird { //鸵鸟
  //...省略其他属性和方法...
  public void fly() {
    throw new UnSupportedMethodException("I can't fly.'");
  }
}

​ 这种设计思路虽然可以解决问题，但不够优美。因为除了鸵鸟之外，不会飞的鸟还有很多，比如企鹅。对于这些不会飞的鸟来说，我们都需要重写 fly() 方法，抛出异常。这样的设计，一方面，徒增了编码的工作量；另一方面，也违背了我们之后要讲的最小知识原则（Least Knowledge Principle，也叫最少知识原则或者迪米特法则），暴露不该暴露的接口给外部，增加了类使用过程中被误用的概率。

​ 你可能又会说，那我们再通过 AbstractBird 类派生出两个更加细分的抽象类：会飞的鸟类 AbstractFlyableBird 和不会飞的鸟类 AbstractUnFlyableBird，让麻雀、乌鸦这些会飞的鸟都继承 AbstractFlyableBird，让鸵鸟、企鹅这些不会飞的鸟，都继承 AbstractUnFlyableBird 类，不就可以了吗？具体的继承关系如下图所示：

​ 从图中我们可以看出，继承关系变成了三层。不过，整体上来讲，目前的继承关系还比较简单，层次比较浅，也算是一种可以接受的设计思路。我们再继续加点难度。在刚刚这个场景中，我们只关注“鸟会不会飞”，但如果我们还关注“鸟会不会叫”，那这个时候，我们又该如何设计类之间的继承关系呢？

​ 如果我们还需要考虑“是否会下蛋”这样一个行为，那估计就要组合爆炸了。类的继承层次会越来越深、继承关系会越来越复杂。而这种层次很深、很复杂的继承关系，一方面，会导致代码的可读性变差。因为我们要搞清楚某个类具有哪些方法、属性，必须阅读父类的代码、父类的父类的代码……一直追溯到最顶层父类的代码。另一方面，这也破坏了类的封装特性，将父类的实现细节暴露给了子类。子类的实现依赖父类的实现，两者高度耦合，一旦父类代码修改，就会影响所有子类的逻辑。

​ 继承最大的问题就在于：继承层次过深、继承关系过于复杂会影响到代码的可读性和可维护性。这也是为什么我们不推荐使用继承。那刚刚例子中继承存在的问题，我们又该如何来解决呢？

组合相比继承有哪些优势？

​ 实际上，我们可以利用组合（composition）、接口、委托（delegation）三个技术手段，一块儿来解决刚刚继承存在的问题。

​ 继承(Inheritance)：利用extends来扩展一个基类。is-a的关系。
​ 组合(composition)：一个类的定义中使用其他对象。has-a的关系。
​ 委托(delegation)：一个对象请求另一个对象的功能，捕获一个操作并将其发送到另一个对象。有uses-a, owns-a, has-a三种关系。

​ 我们前面讲到接口的时候说过，接口表示具有某种行为特性。针对“会飞”这样一个行为特性，我们可以定义一个 Flyable 接口，只让会飞的鸟去实现这个接口。对于会叫、会下蛋这些行为特性，我们可以类似地定义 Tweetable 接口、EggLayable 接口。我们将这个设计思路翻译成 Java 代码的话，就是下面这个样子：

public interface Flyable {
  void fly();
}
public interface Tweetable {
  void tweet();
}
public interface EggLayable {
  void layEgg();
}
public class Ostrich implements Tweetable, EggLayable {//鸵鸟
  //... 省略其他属性和方法...
  @Override
  public void tweet() { //... }
  @Override
  public void layEgg() { //... }
}
public class Sparrow impelents Flayable, Tweetable, EggLayable {//麻雀
  //... 省略其他属性和方法...
  @Override
  public void fly() { //... }
  @Override
  public void tweet() { //... }
  @Override
  public void layEgg() { //... }
}

​ 不过，我们知道，接口只声明方法，不定义实现。也就是说，每个会下蛋的鸟都要实现一遍 layEgg() 方法，并且实现逻辑是一样的，这就会导致代码重复的问题。那这个问题又该如何解决呢？

​ 我们可以针对三个接口再定义三个实现类，它们分别是：实现了 fly() 方法的 FlyAbility 类、实现了 tweet() 方法的 TweetAbility 类、实现了 layEgg() 方法的 EggLayAbility 类。然后，通过组合和委托技术来消除代码重复。具体的代码实现如下所示：

public interface Flyable {
  void fly()；
}
public class FlyAbility implements Flyable {
  @Override
  public void fly() { //... }
}
//省略Tweetable/TweetAbility/EggLayable/EggLayAbility

public class Ostrich implements Tweetable, EggLayable {//鸵鸟
  private TweetAbility tweetAbility = new TweetAbility(); //组合
  private EggLayAbility eggLayAbility = new EggLayAbility(); //组合
  //... 省略其他属性和方法...
  @Override
  public void tweet() {
    tweetAbility.tweet(); // 委托
  }
  @Override
  public void layEgg() {
    eggLayAbility.layEgg(); // 委托
  }
}

​ 我们知道继承主要有三个作用：表示 is-a 关系，支持多态特性，代码复用。而这三个作用都可以通过其他技术手段来达成。比如 is-a 关系，我们可以通过组合和接口的 has-a 关系来替代；多态特性我们可以利用接口来实现；代码复用我们可以通过组合和委托来实现。所以，从理论上讲，通过组合、接口、委托三个技术手段，我们完全可以替换掉继承，在项目中不用或者少用继承关系，特别是一些复杂的继承关系。

如何判断该用组合还是继承？

​ 尽管我们鼓励多用组合少用继承，但组合也并不是完美的，继承也并非一无是处。从上面的例子来看，继承改写成组合意味着要做更细粒度的类的拆分。这也就意味着，我们要定义更多的类和接口。类和接口的增多也就或多或少地增加代码的复杂程度和维护成本。所以，在实际的项目开发中，我们还是要根据具体的情况，来具体选择该用继承还是组合。

​ 如果类之间的继承结构稳定（不会轻易改变），继承层次比较浅（比如，最多有两层继承关系），继承关系不复杂，我们就可以大胆地使用继承。反之，系统越不稳定，继承层次很深，继承关系复杂，我们就尽量使用组合来替代继承。

​ 前面我们讲到继承可以实现代码复用。利用继承特性，我们把相同的属性和方法，抽取出来，定义到父类中。子类复用父类中的属性和方法，达到代码复用的目的。但是，有的时候，从业务含义上，A 类和 B 类并不一定具有继承关系。比如，Crawler 类和 PageAnalyzer 类，它们都用到了 URL 拼接和分割的功能，但并不具有继承关系（既不是父子关系，也不是兄弟关系）。仅仅为了代码复用，生硬地抽象出一个父类出来，会影响到代码的可读性。如果不熟悉背后设计思路的同事，发现 Crawler 类和 PageAnalyzer 类继承同一个父类，而父类中定义的却只是 URL 相关的操作，会觉得这个代码写得莫名其妙，理解不了。这个时候，使用组合就更加合理、更加灵活。具体的代码实现如下所示：

public class Url {
  //...省略属性和方法
}

public class Crawler {
  private Url url; // 组合
  public Crawler() {
    this.url = new Url();
  }
  //...
}

public class PageAnalyzer {
  private Url url; // 组合
  public PageAnalyzer() {
    this.url = new Url();
  }
  //..
}

​ 还有一些特殊的场景要求我们必须使用继承。如果你不能改变一个函数的入参类型，而入参又非接口，为了支持多态，只能采用继承来实现。比如下面这样一段代码，其中 FeignClient 是一个外部类，我们没有权限去修改这部分代码，但是我们希望能重写这个类在运行时执行的 encode() 函数。这个时候，我们只能采用继承来实现了。

public class FeignClient { // feighn client框架代码
  //...省略其他代码...
  public void encode(String url) { //... }
}

public void demofunction(FeignClient feignClient) {
  //...
  feignClient.encode(url);
  //...
}

public class CustomizedFeignClient extends FeignClient {
  @Override
  public void encode(String url) { //...重写encode的实现...}
}

// 调用
FeignClient client = new CustomizedFeignClient();
demofunction(client);

实战一（上）：业务开发常用的基于贫血模型的MVC架构违背OOP吗？

​ 我们都知道，很多业务系统都是基于 MVC 三层架构来开发的。实际上，更确切点讲，这是一种基于贫血模型的 MVC 三层架构开发模式。

​ 虽然这种开发模式已经成为标准的 Web 项目的开发模式，但它却违反了面向对象编程风格，是一种彻彻底底的面向过程的编程风格，因此而被有些人称为反模式（anti-pattern）。特别是领域驱动设计（Domain Driven Design，简称 DDD）盛行之后，这种基于贫血模型的传统的开发模式就更加被人诟病。而基于充血模型的 DDD 开发模式越来越被人提倡。

什么是基于贫血模型的传统开发模式？

​ 实际上，你可能一直都在用贫血模型做开发，只是自己不知道而已。不夸张地讲，据我了解，目前几乎所有的业务后端系统，都是基于贫血模型的。我举一个简单的例子来给你解释一下。

////////// Controller+VO(View Object) //////////
public class UserController {
  private UserService userService; //通过构造函数或者IOC框架注入
  
  public UserVo getUserById(Long userId) {
    UserBo userBo = userService.getUserById(userId);
    UserVo userVo = [...convert userBo to userVo...];
    return userVo;
  }
}

public class UserVo {//省略其他属性、get/set/construct方法
  private Long id;
  private String name;
  private String cellphone;
}

////////// Service+BO(Business Object) //////////
public class UserService {
  private UserRepository userRepository; //通过构造函数或者IOC框架注入
  
  public UserBo getUserById(Long userId) {
    UserEntity userEntity = userRepository.getUserById(userId);
    UserBo userBo = [...convert userEntity to userBo...];
    return userBo;
  }
}

public class UserBo {//省略其他属性、get/set/construct方法
  private Long id;
  private String name;
  private String cellphone;
}

////////// Repository+Entity //////////
public class UserRepository {
  public UserEntity getUserById(Long userId) { //... }
}

public class UserEntity {//省略其他属性、get/set/construct方法
  private Long id;
  private String name;
  private String cellphone;
}

​ 我们平时开发 Web 后端项目的时候，基本上都是这么组织代码的。其中，UserEntity 和 UserRepository 组成了数据访问层，UserBo 和 UserService 组成了业务逻辑层，UserVo 和 UserController 在这里属于接口层。

​ 从代码中，我们可以发现，UserBo 是一个纯粹的数据结构，只包含数据，不包含任何业务逻辑。业务逻辑集中在 UserService 中。我们通过 UserService 来操作 UserBo。换句话说，Service 层的数据和业务逻辑，被分割为 BO 和 Service 两个类中。像 UserBo 这样，只包含数据，不包含业务逻辑的类，就叫作贫血模型（Anemic Domain Model）。同理，UserEntity、UserVo 都是基于贫血模型设计的。这种贫血模型将数据与操作分离，破坏了面向对象的封装特性，是一种典型的面向过程的编程风格。

什么是基于充血模型的 DDD 开发模式？

​ 在贫血模型中，数据和业务逻辑被分割到不同的类中。充血模型（Rich Domain Model）正好相反，数据和对应的业务逻辑被封装到同一个类中。因此，这种充血模型满足面向对象的封装特性，是典型的面向对象编程风格。

​ 领域驱动设计，即 DDD，主要是用来指导如何解耦业务系统，划分业务模块，定义业务领域模型及其交互。领域驱动设计这个概念并不新颖，早在 2004 年就被提出了，到现在已经有十几年的历史了。不过，它被大众熟知，还是基于另一个概念的兴起，那就是微服务。做好领域驱动设计的关键是，看你对自己所做业务的熟悉程度，而并不是对领域驱动设计这个概念本身的掌握程度。即便你对领域驱动搞得再清楚，但是对业务不熟悉，也并不一定能做出合理的领域设计。所以，不要把领域驱动设计当银弹，不要花太多的时间去过度地研究它。

​ 实际上，基于充血模型的 DDD 开发模式实现的代码，也是按照 MVC 三层架构分层的。Controller 层还是负责暴露接口，Repository 层还是负责数据存取，Service 层负责核心业务逻辑。它跟基于贫血模型的传统开发模式的区别主要在 Service 层。

​ 在基于贫血模型的传统开发模式中，Service 层包含 Service 类和 BO 类两部分，BO 是贫血模型，只包含数据，不包含具体的业务逻辑。业务逻辑集中在 Service 类中。在基于充血模型的 DDD 开发模式中，Service 层包含 Service 类和 Domain 类两部分。Domain 就相当于贫血模型中的 BO。不过，Domain 与 BO 的区别在于它是基于充血模型开发的，既包含数据，也包含业务逻辑。而 Service 类变得非常单薄。总结一下的话就是，基于贫血模型的传统的开发模式，重 Service 轻 BO；基于充血模型的 DDD 开发模式，轻 Service 重 Domain。

为什么基于贫血模型的传统开发模式如此受欢迎？

​ 我们前面也讲过，面向过程编程风格有种种弊端，比如，数据和操作分离之后，数据本身的操作就不受限制了。任何代码都可以随意修改数据。既然基于贫血模型的这种传统开发模式是面向过程编程风格的，那它又为什么会被广大程序员所接受呢？关于这个问题，我总结了下面三点原因。

​ 第一点原因是，大部分情况下，我们开发的系统业务可能都比较简单，简单到就是基于 SQL 的 CRUD 操作，所以，我们根本不需要动脑子精心设计充血模型，贫血模型就足以应付这种简单业务的开发工作。除此之外，因为业务比较简单，即便我们使用充血模型，那模型本身包含的业务逻辑也并不会很多，设计出来的领域模型也会比较单薄，跟贫血模型差不多，没有太大意义。

​ 第二点原因是，充血模型的设计要比贫血模型更加有难度。因为充血模型是一种面向对象的编程风格。我们从一开始就要设计好针对数据要暴露哪些操作，定义哪些业务逻辑。而不是像贫血模型那样，我们只需要定义数据，之后有什么功能开发需求，我们就在 Service 层定义什么操作，不需要事先做太多设计。

​ 第三点原因是，思维已固化，转型有成本。基于贫血模型的传统开发模式经历了这么多年，已经深得人心、习以为常。你随便问一个旁边的大龄同事，基本上他过往参与的所有 Web 项目应该都是基于这个开发模式的，而且也没有出过啥大问题。如果转向用充血模型、领域驱动设计，那势必有一定的学习成本、转型成本。很多人在没有遇到开发痛点的情况下，是不愿意做这件事情的。

什么项目应该考虑使用基于充血模型的 DDD 开发模式？

​ 基于贫血模型的传统的开发模式，比较适合业务比较简单的系统开发。相对应的，基于充血模型的 DDD 开发模式，更适合业务复杂的系统开发。比如，包含各种利息计算模型、还款模型等复杂业务的金融系统。

​ 不夸张地讲，我们平时的开发，大部分都是 SQL 驱动（SQL-Driven）的开发模式。我们接到一个后端接口的开发需求的时候，就去看接口需要的数据对应到数据库中，需要哪张表或者哪几张表，然后思考如何编写 SQL 语句来获取数据。之后就是定义 Entity、BO、VO，然后模板式地往对应的 Repository、Service、Controller 类中添加代码。

​ 业务逻辑包裹在一个大的 SQL 语句中，而 Service 层可以做的事情很少。SQL 都是针对特定的业务功能编写的，复用性差。当我要开发另一个业务功能的时候，只能重新写个满足新需求的 SQL 语句，这就可能导致各种长得差不多、区别很小的 SQL 语句满天飞。所以，在这个过程中，很少有人会应用领域模型、OOP 的概念，也很少有代码复用意识。对于简单业务系统来说，这种开发方式问题不大。但对于复杂业务系统的开发来说，这样的开发方式会让代码越来越混乱，最终导致无法维护。

​ 如果我们在项目中，应用基于充血模型的 DDD 的开发模式，那对应的开发流程就完全不一样了。在这种开发模式下，我们需要事先理清楚所有的业务，定义领域模型所包含的属性和方法。领域模型相当于可复用的业务中间层。新功能需求的开发，都基于之前定义好的这些领域模型来完成。我们知道，越复杂的系统，对代码的复用性、易维护性要求就越高，我们就越应该花更多的时间和精力在前期设计上。而基于充血模型的 DDD 开发模式，正好需要我们前期做大量的业务调研、领域模型设计，所以它更加适合这种复杂系统的开发。

实战一（下）：如何利用基于充血模型的DDD开发一个虚拟钱包系统？

​ 第一个要讨论的问题是：在基于充血模型的 DDD 开发模式中，将业务逻辑移动到 Domain 中，Service 类变得很薄，但在我们的代码设计与实现中，并没有完全将 Service 类去掉，这是为什么？或者说，Service 类在这种情况下担当的职责是什么？哪些功能逻辑会放到 Service 类中？区别于 Domain 的职责，Service 类主要有下面这样几个职责。

1.Service 类负责与 Repository 交流。在我的设计与代码实现中，VirtualWalletService 类负责与 Repository 层打交道，调用 Respository 类的方法，获取数据库中的数据，转化成领域模型 VirtualWallet，然后由领域模型 VirtualWallet 来完成业务逻辑，最后调用 Repository 类的方法，将数据存回数据库。这里我再稍微解释一下，之所以让 VirtualWalletService 类与 Repository 打交道，而不是让领域模型 VirtualWallet 与 Repository 打交道，那是因为我们想保持领域模型的独立性，不与任何其他层的代码（Repository 层的代码）或开发框架（比如 Spring、MyBatis）耦合在一起，将流程性的代码逻辑（比如从 DB 中取数据、映射数据）与领域模型的业务逻辑解耦，让领域模型更加可复用。

2.Service 类负责跨领域模型的业务聚合功能。VirtualWalletService 类中的 transfer() 转账函数会涉及两个钱包的操作，因此这部分业务逻辑无法放到 VirtualWallet 类中，所以，我们暂且把转账业务放到 VirtualWalletService 类中了。当然，虽然功能演进，使得转账业务变得复杂起来之后，我们也可以将转账业务抽取出来，设计成一个独立的领域模型。

3.Service 类负责一些非功能性及与三方系统交互的工作。比如幂等、事务、发邮件、发消息、记录日志、调用其他系统的 RPC 接口等，都可以放到 Service 类中。

​ 第二个要讨论问题是：在基于充血模型的 DDD 开发模式中，尽管 Service 层被改造成了充血模型，但是 Controller 层和 Repository 层还是贫血模型，是否有必要也进行充血领域建模呢？

​ 答案是没有必要。Controller 层主要负责接口的暴露，Repository 层主要负责与数据库打交道，这两层包含的业务逻辑并不多，前面我们也提到了，如果业务逻辑比较简单，就没必要做充血建模，即便设计成充血模型，类也非常单薄，看起来也很奇怪。尽管这样的设计是一种面向过程的编程风格，但我们只要控制好面向过程编程风格的副作用，照样可以开发出优秀的软件。那这里的副作用怎么控制呢？就拿 Repository 的 Entity 来说，即便它被设计成贫血模型，违反面向对象编程的封装特性，有被任意代码修改数据的风险，但 Entity 的生命周期是有限的。一般来讲，我们把它传递到 Service 层之后，就会转化成 BO 或者 Domain 来继续后面的业务逻辑。Entity 的生命周期到此就结束了，所以也并不会被到处任意修改。我们再来说说 Controller 层的 VO。实际上 VO 是一种 DTO（Data Transfer Object，数据传输对象）。它主要是作为接口的数据传输承载体，将数据发送给其他系统。从功能上来讲，它理应不包含业务逻辑、只包含数据。所以，我们将它设计成贫血模型也是比较合理的。

实战二（上）：如何对接口鉴权这样一个功能开发做面向对象分析？

​ 如何做需求分析，如何做职责划分？需要定义哪些类？每个类应该具有哪些属性、方法？类与类之间该如何交互？如何组装类成一个可执行的程序？

结合一个真实的开发案例，从基础的需求分析、职责划分、类的定义、交互、组装运行讲起，将最基础的面向对象分析、设计、编程的套路给你讲清楚，为后面学习设计原则、设计模式打好基础。

案例介绍和难点剖析

​ 假设，你正在参与开发一个微服务。微服务通过 HTTP 协议暴露接口给其他系统调用，说直白点就是，其他系统通过 URL 来调用微服务的接口。有一天，你的 leader 找到你说，“为了保证接口调用的安全性，我们希望设计实现一个接口调用鉴权功能，只有经过认证之后的系统才能调用我们的接口，没有认证过的系统调用我们的接口会被拒绝。我希望由你来负责这个任务的开发，争取尽快上线。”

​ leader 丢下这些话就走了。这个时候，你该如何来做呢？有没有脑子里一团浆糊，一时间无从下手的感觉呢？为什么会有这种感觉呢？我个人觉得主要有下面两点原因。

1. 需求不明确leader 给到的需求过于模糊、笼统，不够具体、细化，离落地到设计、编码还有一定的距离。而人的大脑不擅长思考这种过于抽象的问题。这也是真实的软件开发区别于应试教育的地方。应试教育中的考试题目，一般都是一个非常具体的问题，我们去解答就好了。而真实的软件开发中，需求几乎都不是很明确。我们前面讲过，面向对象分析主要的分析对象是“需求”，因此，面向对象分析可以粗略地看成“需求分析”。实际上，不管是需求分析还是面向对象分析，我们首先要做的都是将笼统的需求细化到足够清晰、可执行。我们需要通过沟通、挖掘、分析、假设、梳理，搞清楚具体的需求有哪些，哪些是现在要做的，哪些是未来可能要做的，哪些是不用考虑做的。
2. 缺少锻炼相比单纯的业务 CRUD 开发，鉴权这个开发任务，要更有难度。鉴权作为一个跟具体业务无关的功能，我们完全可以把它开发成一个独立的框架，集成到很多业务系统中。而作为被很多系统复用的通用框架，比起普通的业务代码，我们对框架的代码质量要求要更高。开发这样通用的框架，对工程师的需求分析能力、设计能力、编码能力，甚至逻辑思维能力的要求，都是比较高的。如果你平时做的都是简单的 CRUD 业务开发，那这方面的锻炼肯定不会很多，所以，一旦遇到这种开发需求，很容易因为缺少锻炼，脑子放空，不知道从何入手，完全没有思路。

对案例进行需求分析

​ 实际上，需求分析的工作很琐碎，也没有太多固定的章法可寻，所以，我不打算很牵强地罗列那些听着有用、实际没用的方法论，而是希望通过鉴权这个例子，来给你展示一下，面对需求分析的时候，我的完整的思考路径是什么样的。希望你能自己去体会，举一反三地类比应用到其他项目的需求分析中。尽管针对框架、组件、类库等非业务系统的开发，我们一定要有组件化意识、框架意识、抽象意识，开发出来的东西要足够通用，不能局限于单一的某个业务需求，但这并不代表我们就可以脱离具体的应用场景，闷头拍脑袋做需求分析。多跟业务团队聊聊天，甚至自己去参与几个业务系统的开发，只有这样，我们才能真正知道业务系统的痛点，才能分析出最有价值的需求。不过，针对鉴权这一功能的开发，最大的需求方还是我们自己，所以，我们也可以先从满足我们自己系统的需求开始，然后再迭代优化。

​ 实际上，这跟做算法题类似，先从最简单的方案想起，然后再优化。所以，我把整个的分析过程分为了循序渐进的四轮。每一轮都是对上一轮的迭代优化，最后形成一个可执行、可落地的需求列表。

1. 第一轮基础分析
   ​ 对于如何做鉴权这样一个问题，最简单的解决方案就是，通过用户名加密码来做认证。我们给每个允许访问我们服务的调用方，派发一个应用名（或者叫应用 ID、AppID）和一个对应的密码（或者叫秘钥）。调用方每次进行接口请求的时候，都携带自己的 AppID 和密码。微服务在接收到接口调用请求之后，会解析出 AppID 和密码，跟存储在微服务端的 AppID 和密码进行比对。如果一致，说明认证成功，则允许接口调用请求；否则，就拒绝接口调用请求。

2. 第二轮分析优化

​ 不过，这样的验证方式，每次都要明文传输密码。密码很容易被截获，是不安全的。那如果我们借助加密算法（比如 SHA），对密码进行加密之后，再传递到微服务端验证，是不是就可以了呢？实际上，这样也是不安全的，因为加密之后的密码及 AppID，照样可以被未认证系统（或者说黑客）截获，未认证系统可以携带这个加密之后的密码以及对应的 AppID，伪装成已认证系统来访问我们的接口。这就是典型的“重放攻击”。

​ 提出问题，然后再解决问题，是一个非常好的迭代优化方法。对于刚刚这个问题，我们可以借助 OAuth 的验证思路来解决。调用方将请求接口的 URL 跟 AppID、密码拼接在一起，然后进行加密，生成一个 token。调用方在进行接口请求的的时候，将这个 token 及 AppID，随 URL 一块传递给微服务端。微服务端接收到这些数据之后，根据 AppID 从数据库中取出对应的密码，并通过同样的 token 生成算法，生成另外一个 token。用这个新生成的 token 跟调用方传递过来的 token 对比。如果一致，则允许接口调用请求；否则，就拒绝接口调用请求。这个方案稍微有点复杂，我画了一张示例图，来帮你理解整个流程。

3.第三轮分析优化
​ 不过，这样的设计仍然存在重放攻击的风险，还是不够安全。每个 URL 拼接上 AppID、密码生成的 token 都是固定的。未认证系统截获 URL、token 和 AppID 之后，还是可以通过重放攻击的方式，伪装成认证系统，调用这个 URL 对应的接口。

​ 为了解决这个问题，我们可以进一步优化 token 生成算法，引入一个随机变量，让每次接口请求生成的 token 都不一样。我们可以选择时间戳作为随机变量。原来的 token 是对 URL、AppID、密码三者进行加密生成的，现在我们将 URL、AppID、密码、时间戳四者进行加密来生成 token。调用方在进行接口请求的时候，将 token、AppID、时间戳，随 URL 一并传递给微服务端。微服务端在收到这些数据之后，会验证当前时间戳跟传递过来的时间戳，是否在一定的时间窗口内（比如一分钟）。如果超过一分钟，则判定 token 过期，拒绝接口请求。如果没有超过一分钟，则说明 token 没有过期，就再通过同样的 token 生成算法，在服务端生成新的 token，与调用方传递过来的 token 比对，看是否一致。如果一致，则允许接口调用请求；否则，就拒绝接口调用请求。优化之后的认证流程如下图所示。

4.第四轮分析优化

​ 不过，你可能会说，这样还是不够安全啊。未认证系统还是可以在这一分钟的 token 失效窗口内，通过截获请求、重放请求，来调用我们的接口啊！你说得没错。不过，攻与防之间，本来就没有绝对的安全。我们能做的就是，尽量提高攻击的成本。这个方案虽然还有漏洞，但是实现起来足够简单，而且不会过度影响接口本身的性能（比如响应时间）。所以，权衡安全性、开发成本、对系统性能的影响，这个方案算是比较折中、比较合理的了。实际上，还有一个细节我们没有考虑到，那就是，如何在微服务端存储每个授权调用方的 AppID 和密码。当然，这个问题并不难。最容易想到的方案就是存储到数据库里，比如 MySQL。不过，开发像鉴权这样的非业务功能，最好不要与具体的第三方系统有过度的耦合。针对 AppID 和密码的存储，我们最好能灵活地支持各种不同的存储方式，比如 ZooKeeper、本地配置文件、自研配置中心、MySQL、Redis 等。我们不一定针对每种存储方式都去做代码实现，但起码要留有扩展点，保证系统有足够的灵活性和扩展性，能够在我们切换存储方式的时候，尽可能地减少代码的改动。

5.最终确定需求

​ 到此，需求已经足够细化和具体了。现在，我们按照鉴权的流程，对需求再重新描述一下。如果你熟悉 UML，也可以用时序图、流程图来描述。不过，用什么描述不是重点，描述清楚才是最重要的。考虑到在接下来的面向对象设计环节中，我会基于文字版本的需求描述，来进行类、属性、方法、交互等的设计，所以，这里我给出的最终需求描述是文字版本的。

• 调用方进行接口请求的时候，将 URL、AppID、密码、时间戳拼接在一起，通过加密算法生成 token，并且将 token、AppID、时间戳拼接在 URL 中，一并发送到微服务端。
• 微服务端在接收到调用方的接口请求之后，从请求中拆解出 token、AppID、时间戳。
• 微服务端首先检查传递过来的时间戳跟当前时间，是否在 token 失效时间窗口内。如果已经超过失效时间，那就算接口调用鉴权失败，拒绝接口调用请求。
• 如果 token 验证没有过期失效，微服务端再从自己的存储中，取出 AppID 对应的密码，通过同样的 token 生成算法，生成另外一个 token，与调用方传递过来的 token 进行匹配；如果一致，则鉴权成功，允许接口调用，否则就拒绝接口调用。

​ 这就是我们需求分析的整个思考过程，从最粗糙、最模糊的需求开始，通过“提出问题 - 解决问题”的方式，循序渐进地进行优化，最后得到一个足够清晰、可落地的需求描述。

实战二（下）：如何利用面向对象设计和编程开发接口鉴权功能？

如何进行面向对象设计？

我们知道，面向对象分析的产出是详细的需求描述，那面向对象设计的产出就是类。在面向对象设计环节，我们将需求描述转化为具体的类的设计。我们把这一设计环节拆解细化一下，主要包含以下几个部分：

• 划分职责进而识别出有哪些类；
• 定义类及其属性和方法；
• 定义类与类之间的交互关系；
• 将类组装起来并提供执行入口。

实话讲，不管是面向对象分析还是面向对象设计，理论的东西都不多，所以我们还是结合鉴权这个例子，在实战中体会如何做面向对象设计。

1.划分职责进而识别出有哪些类

​ 在面向对象有关书籍中经常讲到，类是现实世界中事物的一个建模。但是，并不是每个需求都能映射到现实世界，也并不是每个类都与现实世界中的事物一一对应。对于一些抽象的概念，我们是无法通过映射现实世界中的事物的方式来定义类的。

​ 所以，大多数讲面向对象的书籍中，还会讲到另外一种识别类的方法，那就是把需求描述中的名词罗列出来，作为可能的候选类，然后再进行筛选。对于没有经验的初学者来说，这个方法比较简单、明确，可以直接照着做。

​ 不过，我个人更喜欢另外一种方法，那就是根据需求描述，把其中涉及的功能点，一个一个罗列出来，然后再去看哪些功能点职责相近，操作同样的属性，可否应该归为同一个类。我们来看一下，针对鉴权这个例子，具体该如何来做。在上一节课中，我们已经给出了详细的需求描述，为了方便你查看，我把它重新贴在了下面。

​ 在上一节课中，我们已经给出了详细的需求描述，为了方便你查看，我把它重新贴在了下面。

• 调用方进行接口请求的时候，将 URL、AppID、密码、时间戳拼接在一起，通过加密算法生成 token，并且将 token、AppID、时间戳拼接在 URL 中，一并发送到微服务端。

• 微服务端在接收到调用方的接口请求之后，从请求中拆解出 token、AppID、时间戳。

• 微服务端首先检查传递过来的时间戳跟当前时间，是否在 token 失效时间窗口内。如果已经超过失效时间，那就算接口调用鉴权失败，拒绝接口调用请求。

• 如果 token 验证没有过期失效，微服务端再从自己的存储中，取出 AppID 对应的密码，通过同样的 token 生成算法，生成另外一个 token，与调用方传递过来的 token 进行匹配。如果一致，则鉴权成功，允许接口调用；否则就拒绝接口调用。

​ 首先，我们要做的是逐句阅读上面的需求描述，拆解成小的功能点，一条一条罗列下来。注意，拆解出来的每个功能点要尽可能的小。每个功能点只负责做一件很小的事情（专业叫法是“单一职责”，后面章节中我们会讲到）。下面是我逐句拆解上述需求描述之后，得到的功能点列表：

1. 把 URL、AppID、密码、时间戳拼接为一个字符串；

2. 对字符串通过加密算法加密生成 token；

3. 将 token、AppID、时间戳拼接到 URL 中，形成新的 URL；

4. 解析 URL，得到 token、AppID、时间戳等信息；

5. 从存储中取出 AppID 和对应的密码；

6. 根据时间戳判断 token 是否过期失效；

7. 验证两个 token 是否匹配；

​ 从上面的功能列表中，我们发现，1、2、6、7 都是跟 token 有关，负责 token 的生成、验证；3、4 都是在处理 URL，负责 URL 的拼接、解析；5 是操作 AppID 和密码，负责从存储中读取 AppID 和密码。所以，我们可以粗略地得到三个核心的类：AuthToken、Url、CredentialStorage。AuthToken 负责实现 1、2、6、7 这四个操作；Url 负责 3、4 两个操作；CredentialStorage 负责 5 这个操作。

​ 当然，这是一个初步的类的划分，其他一些不重要的、边边角角的类，我们可能暂时没法一下子想全，但这也没关系，面向对象分析、设计、编程本来就是一个循环迭代、不断优化的过程。根据需求，我们先给出一个粗糙版本的设计方案，然后基于这样一个基础，再去迭代优化，会更加容易一些，思路也会更加清晰一些。

​ 不过，我还要再强调一点，接口调用鉴权这个开发需求比较简单，所以，需求对应的面向对象设计并不复杂，识别出来的类也并不多。但如果我们面对的是更加大型的软件开发、更加复杂的需求开发，涉及的功能点可能会很多，对应的类也会比较多，像刚刚那样根据需求逐句罗列功能点的方法，最后会得到一个长长的列表，就会有点凌乱、没有规律。针对这种复杂的需求开发，我们首先要做的是进行模块划分，将需求先简单划分成几个小的、独立的功能模块，然后再在模块内部，应用我们刚刚讲的方法，进行面向对象设计。而模块的划分和识别，跟类的划分和识别，是类似的套路。

2.定义类及其属性和方法

​ 刚刚我们通过分析需求描述，识别出了三个核心的类，它们分别是 AuthToken、Url 和 CredentialStorage。现在我们来看下，每个类都有哪些属性和方法。我们还是从功能点列表中挖掘。

​ AuthToken 类相关的功能点有四个：

• 把 URL、AppID、密码、时间戳拼接为一个字符串；

• 对字符串通过加密算法加密生成 token；

• 根据时间戳判断 token 是否过期失效；

• 验证两个 token 是否匹配。

​ 对于方法的识别，很多面向对象相关的书籍，一般都是这么讲的，识别出需求描述中的动词，作为候选的方法，再进一步过滤筛选。类比一下方法的识别，我们可以把功能点中涉及的名词，作为候选属性，然后同样进行过滤筛选。我们可以借用这个思路，根据功能点描述，识别出来 AuthToken 类的属性和方法，如下所示：

​ 从上面的类图中，我们可以发现这样三个小细节。

• 第一个细节：并不是所有出现的名词都被定义为类的属性，比如 URL、AppID、密码、时间戳这几个名词，我们把它作为了方法的参数。

• 第二个细节：我们还需要挖掘一些没有出现在功能点描述中属性，比如 createTime，expireTimeInterval，它们用在 isExpired() 函数中，用来判定 token 是否过期。

• 第三个细节：我们还给 AuthToken 类添加了一个功能点描述中没有提到的方法 getToken()。

​ 第一个细节告诉我们，从业务模型上来说，不应该属于这个类的属性和方法，不应该被放到这个类里。比如 URL、AppID 这些信息，从业务模型上来说，不应该属于 AuthToken，所以我们不应该放到这个类中。第二、第三个细节告诉我们，在设计类具有哪些属性和方法的时候，不能单纯地依赖当下的需求，还要分析这个类从业务模型上来讲，理应具有哪些属性和方法。这样可以一方面保证类定义的完整性，另一方面不仅为当下的需求还为未来的需求做些准备。

Url 类相关的功能点有两个：

• 将 token、AppID、时间戳拼接到 URL 中，形成新的 URL；
• 解析 URL，得到 token、AppID、时间戳等信息。

​ 虽然需求描述中，我们都是以 URL 来代指接口请求，但是，接口请求并不一定是以 URL 的形式来表达，还有可能是 Dubbo、RPC 等其他形式。为了让这个类更加通用，命名更加贴切，我们接下来把它命名为 ApiRequest。下面是我根据功能点描述设计的 ApiRequest 类。

CredentialStorage 类相关的功能点有一个：从存储中取出 AppID 和对应的密码。

CredentialStorage 类非常简单，类图如下所示。为了做到抽象封装具体的存储方式，我们将 CredentialStorage 设计成了接口，基于接口而非具体的实现编程。

3.定义类与类之间的交互关系

​ 类与类之间都哪些交互关系呢？

​ UML 统一建模语言中定义了六种类之间的关系。它们分别是：泛化、实现、关联、聚合、组合、依赖。关系比较多，而且有些还比较相近，比如聚合和组合，接下来我就逐一讲解一下。

泛化（Generalization）可以简单理解为继承关系。具体到 Java 代码就是下面这样：

public class A { ... }
public class B extends A { ... }

实现（Realization）一般是指接口和实现类之间的关系。具体到 Java 代码就是下面这样：

public interface A {...}
public class B implements A { ... }

聚合（Aggregation）是一种包含关系，A 类对象包含 B 类对象，B 类对象的生命周期可以不依赖 A 类对象的生命周期，也就是说可以单独销毁 A 类对象而不影响 B 对象，比如课程与学生之间的关系。具体到 Java 代码就是下面这样：

public class A {
  private B b;
  public A(B b) {
    this.b = b;
  }
}

组合（Composition）也是一种包含关系。A 类对象包含 B 类对象，B 类对象的生命周期跟依赖 A 类对象的生命周期，B 类对象不可单独存在，比如鸟与翅膀之间的关系。具体到 Java 代码就是下面这样：

public class A {
  private B b;
  public A() {
    this.b = new B();
  }
}

关联（Association）是一种非常弱的关系，包含聚合、组合两种关系。具体到代码层面，如果 B 类对象是 A 类的成员变量，那 B 类和 A 类就是关联关系。具体到 Java 代码就是下面这样：

public class A {
  private B b;
  public A(B b) {
    this.b = b;
  }
}
或者
public class A {
  private B b;
  public A() {
    this.b = new B();
  }
}

依赖（Dependency）是一种比关联关系更加弱的关系，包含关联关系。不管是 B 类对象是 A 类对象的成员变量，还是 A 类的方法使用 B 类对象作为参数或者返回值、局部变量，只要 B 类对象和 A 类对象有任何使用关系，我们都称它们有依赖关系。具体到 Java 代码就是下面这样：

public class A {
  private B b;
  public A(B b) {
    this.b = b;
  }
}
或者
public class A {
  private B b;
  public A() {
    this.b = new B();
  }
}
或者
public class A {
  public void func(B b) { ... }
}

​ 看完了 UML 六种类关系的详细介绍，不知道你有何感受？我个人觉得这样拆分有点太细，增加了学习成本，对于指导编程开发没有太大意义。所以，我从更加贴近编程的角度，对类与类之间的关系做了调整，只保留了四个关系：泛化、实现、组合、依赖，这样你掌握起来会更加容易。

​ 其中，泛化、实现、依赖的定义不变，组合关系替代 UML 中组合、聚合、关联三个概念，也就相当于重新命名关联关系为组合关系，并且不再区分 UML 中的组合和聚合两个概念。之所以这样重新命名，是为了跟我们前面讲的“多用组合少用继承”设计原则中的“组合”统一含义。只要 B 类对象是 A 类对象的成员变量，那我们就称，A 类跟 B 类是组合关系。

​ 理论的东西讲完了，让我们来看一下，刚刚我们定义的类之间都有哪些关系呢？因为目前只有三个核心的类，所以只用到了实现关系，也即 CredentialStorage 和 MysqlCredentialStorage 之间的关系。接下来讲到组装类的时候，我们还会用到依赖关系、组合关系，但是泛化关系暂时没有用到。

4.将类组装起来并提供执行入口

​ 类定义好了，类之间必要的交互关系也设计好了，接下来我们要将所有的类组装在一起，提供一个执行入口。这个入口可能是一个 main() 函数，也可能是一组给外部用的 API 接口。通过这个入口，我们能触发整个代码跑起来。

​ 接口鉴权并不是一个独立运行的系统，而是一个集成在系统上运行的组件，所以，我们封装所有的实现细节，设计了一个最顶层的 ApiAuthenticator 接口类，暴露一组给外部调用者使用的 API 接口，作为触发执行鉴权逻辑的入口。具体的类的设计如下所示：

如何进行面向对象编程？

​ 面向对象设计完成之后，我们已经定义清晰了类、属性、方法、类之间的交互，并且将所有的类组装起来，提供了统一的执行入口。接下来，面向对象编程的工作，就是将这些设计思路翻译成代码实现。有了前面的类图，这部分工作相对来说就比较简单了。所以，这里我只给出比较复杂的 ApiAuthenticatorr 的实现。 对于 AuthToken、ApiRequest、CredentialStorage 这三个类，在这里我就不给出具体的代码实现了。给你留一个课后作业，你可以试着把整个鉴权框架自己去实现一遍。

public interface ApiAuthenticator {
  void auth(String url);
  void auth(ApiRequest apiRequest);
}

public class DefaultApiAuthenticatorImpl implements ApiAuthenticator {
  private CredentialStorage credentialStorage;
  
  public DefaultApiAuthenticator() {
    this.credentialStorage = new MysqlCredentialStorage();
  }
  
  public DefaultApiAuthenticator(CredentialStorage credentialStorage) {
    this.credentialStorage = credentialStorage;
  }

  @Override
  public void auth(String url) {
    ApiRequest apiRequest = ApiRequest.buildFromUrl(url);
    auth(apiRequest);
  }

  @Override
  public void auth(ApiRequest apiRequest) {
    String appId = apiRequest.getAppId();
    String token = apiRequest.getToken();
    long timestamp = apiRequest.getTimestamp();
    String originalUrl = apiRequest.getOriginalUrl();

    AuthToken clientAuthToken = new AuthToken(token, timestamp);
    if (clientAuthToken.isExpired()) {
      throw new RuntimeException("Token is expired.");
    }

    String password = credentialStorage.getPasswordByAppId(appId);
    AuthToken serverAuthToken = AuthToken.generate(originalUrl, appId, password, timestamp);
    if (!serverAuthToken.match(clientAuthToken)) {
      throw new RuntimeException("Token verfication failed.");
    }
  }
}

辩证思考与灵活应用

​ 在之前的讲解中，面向对象分析、设计、实现，每个环节的界限划分都比较清楚。而且，设计和实现基本上是按照功能点的描述，逐句照着翻译过来的。这样做的好处是先做什么、后做什么，非常清晰、明确，有章可循，即便是没有太多设计经验的初级工程师，都可以按部就班地参照着这个流程来做分析、设计和实现。

​ 不过，在平时的工作中，大部分程序员往往都是在脑子里或者草纸上完成面向对象分析和设计，然后就开始写代码了，边写边思考边重构，并不会严格地按照刚刚的流程来执行。而且，说实话，即便我们在写代码之前，花很多时间做分析和设计，绘制出完美的类图、UML 图，也不可能把每个细节、交互都想得很清楚。在落实到代码的时候，我们还是要反复迭代、重构、打破重写。

​ 毕竟，整个软件开发本来就是一个迭代、修修补补、遇到问题解决问题的过程，是一个不断重构的过程。我们没法严格地按照顺序执行各个步骤。这就类似你去学驾照，驾校教的都是比较正规的流程，先做什么，后做什么，你只要照着做就能顺利倒车入库，但实际上，等你开熟练了，倒车入库很多时候靠的都是经验和感觉。

重点回顾

​ 面向对象分析的产出是详细的需求描述。面向对象设计的产出是类。在面向对象设计这一环节中，我们将需求描述转化为具体的类的设计。这个环节的工作可以拆分为下面四个部分。

1. 划分职责进而识别出有哪些类根据需求描述，我们把其中涉及的功能点，一个一个罗列出来，然后再去看哪些功能点职责相近，操作同样的属性，可否归为同一个类。
2. 定义类及其属性和方法我们识别出需求描述中的动词，作为候选的方法，再进一步过滤筛选出真正的方法，把功能点中涉及的名词，作为候选属性，然后同样再进行过滤筛选。
3. 定义类与类之间的交互关系UML 统一建模语言中定义了六种类之间的关系。它们分别是：泛化、实现、关联、聚合、组合、依赖。我们从更加贴近编程的角度，对类与类之间的关系做了调整，保留四个关系：泛化、实现、组合、依赖。
4. 将类组装起来并提供执行入口我们要将所有的类组装在一起，提供一个执行入口。这个入口可能是一个 main() 函数，也可能是一组给外部用的 API 接口。通过这个入口，我们能触发整个代码跑起来。