面向对象设计的基本原则（转）

面向对象设计的基本原则（转） 出处：http://www.blogjava.net/GandofYan/articles/35777.html

单一职责原则 ——SRP
就一个类而言，应该仅有一个引起它的变化的原因

 

原则

最简单，最单纯的事情最容易控制，最有效
类的职责简单而且集中，避免相同的职责分散到不同的类之中，避免一个类承担过多的职责
减少类之间的耦合
当需求变化时，只修改一个地方

组件

每个组件集中做好一件事情
组件的颗粒度
发布的成本
可重用的成本

 

方法

避免写臃肿的方法
Extract Method

 

重构

Move Field/Move Class
Extract Method/Extract Class

 

最简单的，也是最难以掌握的原则

 

实例分析

单一职责很容易理解，也很容易实现。所谓单一职责，就是一个设计元素只做一件事。什么是“只做一件事”？简单说就是少管闲事。现实中就是如此，如果要你专心做一件事情，任何人都有信心可以做得很出色。但如果，你整天被乱七八糟的事所累，还有心思和精力把每件事都作好么？

      “单一职责”就是要在设计中为每种职责设计一个类，彼此保持正交，互不干涉。这个雕塑（二重奏）就是正交的一个例子，钢琴家和小提琴家各自演奏自己的乐谱，而结果就是一个和谐的交响乐。当然，真实世界中，演奏小提琴和弹钢琴的必须是两个人，但是在软件中，我们往往会把两者甚至更多搅和到一起，很多时候只是为了方便或是最初设计的时候没有想到。 

      这样的例子在设计中很常见，书中就给了一个很好的例子：调制解调器。这是一个调制解调器最基本的功能。但是这个类事实上完成了两个职责：连接的建立和中断、数据的发送和接收。显然，这违反了SRP。这样做会有潜在的问题：当仅需要改变数据连接方式时，必须修改Modem类，而修改Modem类的结果就是使得任何依赖Modem类的元素都需要重新编译，不管它是不是用到了数据连接功能。解决的办法，书中也已经给出：重构Modem类，从中抽出两个接口，一个专门负责连接、另一个专门负责数据发送。依赖Modem类的元素也要做相应的细化，根据职责的不同分别依赖不同的接口。最后由ModemImplementation类实现这两个接口。
      从这个例子中，我们不难发现，违反SRP通常是由于过于“真实”地设计了一个类所造成的。因此，解决办法是往更高一层进行抽象化提取，将对某个具体类的依赖改变为对一组接口或抽象类的依赖。当然，这个抽象化的提取应该根据需要设计，而不是盲目提取。比如刚才这个Modem的例子中，如果有必要，还可以把DataChannel抽象为DataSender和DataReceiver两个接口。

开放封闭原则 ——OCP
软件实体（类，模块，函数）应该是可以扩展的，但是不可修改的

 

原则

 

对扩展是开放的，当需求改变时我们可以对模块进行扩展，使其具有新的功能
对更改是封闭的，对模块扩展时，不需要改动原来的代码
面对抽象而不是面对细节，抽象比细节活的更长
僵化的设计——如果程序中一处改动产生连锁反应。

方法

条件case   if/else 语句

 

重构

Replace Type Code With Class
Replace Type Code With State/Strategy
Replace Conditional with polymorphism

 

实例

开闭原则很简单，一句话：“Closed for Modification; Open for Extension”——“对变更关闭；对扩展开放”。开闭原则其实没什么好讲的，我将其归结为一个高层次的设计总则。就这一点来讲，OCP的地位应该比SRP优先。

OCP的动机很简单：软件是变化的。不论是优质的设计还是低劣的设计都无法回避这一问题。OCP说明了软件设计应该尽可能地使架构稳定而又容易满足不同的需求。

为什么要OCP？答案也很简单——重用。

“重用”，并不是什么软件工程的专业词汇，它是工程界所共用的词汇。早在软件出现前，工程师们就在实践“重用”了。比如机械产品，通过零部件的组装得到最终的能够使用的工具。由于机械部件的设计和制造过程是极其复杂的，所以互换性是一个重要的特性。一辆车可以用不同的发动机、不同的变速箱、不同的轮胎……很多东西我们直接买来装上就可以了。这也是一个OCP的例子。（可能是由于我是搞机械出身的吧，所以就举些机械方面的例子^_^）。

如何在OO中引入OCP原则？把对实体的依赖改为对抽象的依赖就行了。下面的例子说明了这个过程：

05赛季的时候，一辆F1赛车有一台V10引擎。但是到了06赛季，国际汽联修改了规则，一辆F1赛车只能安装一台V8引擎。车队很快投入了新赛车的研发，不幸的是，从工程师那里得到消息，旧车身的设计不能够装进新研发的引擎。我们不得不为新的引擎重新打造车身，于是一辆新的赛车诞生了。但是，麻烦的事接踵而来，国际汽联频频修改规则，搞得设计师在“赛车”上改了又改，最终变得不成样子，只能把它废弃。

为了能够重用这辆昂贵的赛车，工程师们提出了解决方案：首先，在车身的设计上预留出安装引擎的位置和管线。然后，根据这些设计好的规范设计引擎（或是引擎的适配器）。于是，新的赛车设计方案就这样诞生了。

 

显然，通过重构，这里应用的是一个典型的Bridge模式。这个实现的关键之处在于我们预先给引擎留出了位置！我们不必因为对引擎的规则的频频变更而制造相当多的车身，而是尽可能地沿用和改良现有的车身。
说到这里，想说一说OO设计的一个误区。
学习OO语言的时候，为了能够说明“继承”（或者说“is-a”）这个概念，教科书上经常用实际生活中的例子来解释。比如汽车是车，电车是车，F1赛车是汽车，所以车是汽车、电车、F1赛车的上层抽象。这个例子并没有错。问题是，这样的例子过于“形象”了！如果OO设计直接就可以将现实生活中的概念引用过来，那也就不需要什么软件工程师了！OO设计的关键概念是抽象。如果没有抽象，那所有的软件工程师的努力都是徒劳的。因为如果没有抽象，我们只能去构造世界中每一个对象。上面这个例子中，我们应该看到“引擎”这个抽象的存在，因为车队的工程师们为它预留了位置，为它制定了设计规范。
上面这个设计也实现了后面要说的DIP（依赖倒置原则）。但是请记住，OCP是OO设计原则中高层次的原则，其余的原则对OCP提供了不同程度的支持。为了实现OCP，我们会自觉或者不自觉地用到其它原则或是诸如Bridge、Decorator等设计模式。然而，对于一个应用系统而言，实现OCP并不是设计目的，我们所希望的只是一个稳定的架构。所以对OCP的追求也应该适可而止，不要陷入过渡设计。正如Martin本人所说：“No significant program can be 100% closed.”“Closure not complete but strategic”

Liskov替换原则—— LSP 

子类型必须能够替换它的基类型

原则

主要针对继承的设计原则
所有派生类的行为功能必须和客户程序对其基类所期望的保持一致。
派生类必须满足基类和客户程序的约定
IS-A是关于行为方式的，依赖客户程序的调用方式

 

重构

Extract Supper Class

 

实例

长方形和正方形

OCP作为OO的高层原则，主张使用“抽象(Abstraction)”和“多态(Polymorphism)”将设计中的静态结构改为动态结构，维持设计的封闭性。

“抽象”是语言提供的功能。“多态”由继承语义实现。

如此，问题产生了：“我们如何去度量继承关系的质量？”

Liskov于1987年提出了一个关于继承的原则“Inheritance should ensure that any property proved about supertype objects also holds for subtype objects.”——“继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立。”也就是说，当一个子类的实例应该能够替换任何其超类的实例时，它们之间才具有 is-A关系。

该原则称为Liskov Substitution Principle——里氏替换原则。林先生在上课时风趣地称之为“老鼠的儿子会打洞”。^_^

我们来研究一下LSP的实质。学习OO的时候，我们知道，一个对象是一组状态和一系列行为的组合体。状态是对象的内在特性，行为是对象的外在特性。LSP所表述的就是在同一个继承体系中的对象应该有共同的行为特征。

这一点上，表明了OO的继承与日常生活中的继承的本质区别。举一个例子：生物学的分类体系中把企鹅归属为鸟类。我们模仿这个体系，设计出这样的类和关系。

 

类“鸟”中有个方法fly，企鹅自然也继承了这个方法，可是企鹅不能飞阿，于是，我们在企鹅的类中覆盖了fly方法，告诉方法的调用者：企鹅是不会飞的。这完全符合常理。但是，这违反了LSP，企鹅是鸟的子类，可是企鹅却不能飞！需要注意的是，此处的“鸟”已经不再是生物学中的鸟了，它是软件中的一个类、一个抽象。

有人会说，企鹅不能飞很正常啊，而且这样编写代码也能正常编译，只要在使用这个类的客户代码中加一句判断就行了。但是，这就是问题所在！首先，客户代码和“企鹅”的代码很有可能不是同时设计的，在当今软件外包一层又一层的开发模式下，你甚至根本不知道两个模块的原产地是哪里，也就谈不上去修改客户代码了。客户程序很可能是遗留系统的一部分，很可能已经不再维护，如果因为设计出这么一个“企鹅”而导致必须修改客户代码，谁应该承担这部分责任呢？（大概是上帝吧，谁叫他让“企鹅”不能飞的。^_^）“修改客户代码”直接违反了OCP，这就是OCP的重要性。违反LSP将使既有的设计不能封闭！

修正后的设计如下：

 

但是，这就是LSP的全部了么？书中给了一个经典的例子，这又是一个不符合常理的例子：正方形不是一个长方形。这个悖论的详细内容能在网上找到，我就不多废话了。

LSP并没有提供解决这个问题的方案，而只是提出了这么一个问题。

于是，工程师们开始关注如何确保对象的行为。1988年，B. Meyer提出了Design by Contract（契约式设计）理论。DbC从形式化方法中借鉴了一套确保对象行为和自身状态的方法，其基本概念很简单：

1. 每个方法调用之前，该方法应该校验传入参数的正确性，只有正确才能执行该方法，否则认为调用方违反契约，不予执行。这称为前置条件(Pre-condition)。
2. 一旦通过前置条件的校验，方法必须执行，并且必须确保执行结果符合契约，这称之为后置条件(Post-condition)。
3. 对象本身有一套对自身状态进行校验的检查条件，以确保该对象的本质不发生改变，这称之为不变式(Invariant)。

以上是单个对象的约束条件。为了满足LSP，当存在继承关系时，子类中方法的前置条件必须与超类中被覆盖的方法的前置条件相同或者更宽松；而子类中方法的后置条件必须与超类中被覆盖的方法的后置条件相同或者更为严格。

一些OO语言中的特性能够说明这一问题：

• 继承并且覆盖超类方法的时候，子类中的方法的可见性必须等于或者大于超类中的方法的可见性，子类中的方法所抛出的受检异常只能是超类中对应方法所抛出的受检异常的子类。
  public   class  SuperClass {
      public void methodA() throws IOException{}
  }
  
  public   class  SubClassA  extends  SuperClass {
      //this overriding is illegal.
      private void methodA() throws Exception{}
  }
  
  public   class  SubClassB  extends  SuperClass {
      //this overriding is OK.
      public void methodA() throws FileNotFoundException{}
  }
  
  
• 从Java5开始，子类中的方法的返回值也可以是对应的超类方法的返回值的子类。这叫做“协变”(Covariant)
  
  public   class  SuperClass  {
      public Number caculate(){
          return null;
      }
  }
  
  public   class  SubClass  extends  SuperClass {
      //only compiles in Java 5 or later.
      public Integer caculate(){
          return null;
      }
  }

可以看出，以上这些特性都非常好地遵循了LSP。但是DbC呢？很遗憾，主流的面向对象语言（不论是动态语言还是静态语言）还没有加入对DbC的支持。但是随着AOP概念的产生，相信不久DbC也将成为OO语言的一个重要特性之一。

依赖倒置原则—— DIP 

a：高层模块不应依赖于底层模块，两者都应该依赖于抽象
b：抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象

 

原则

如何解释倒置
高层依赖底层，重用变得困难，而最经常重用的就是framework和各个独立的功能组件
高层依赖底层，底层的改动直接反馈到高层，形成依赖的传递

面向接口的编程

 

实例

Ioc模式
DomainObject / DomianObjectDataService

 

接口隔离原则—— ISP 

使用多个专门的接口比使用单一的总接口总要好。换而言之，从一个客户类的角度来讲：一个类对另外一个类的依赖性应当是建立在最小接口上的。

原则

过于臃肿的接口是对接口的污染。不应该强迫客户依赖于它们不用的方法。

My object-oriented umbrella（摘自Design Patterns Explained）

Let me tell you about my great umbrella. It is large enough to get into! In fact, three or four other people can get in it with me. While we are in it, staying out of the rain, I can move it from one place to another. It has a stereo system to keep me entertained while I stay dry. Amazingly enough, it can also condition the air to make it warmer or colder. It is one cool umbrella.

My umbrella is convenient. It sits there waiting for me. It has wheels on it so that I do not have to carry it around. I don't even have to push it because it can propel itself. Sometimes, I will open the top of my umbrella to let in the sun. (Why I am using my umbrella when it is sunny outside is beyond me!)

In Seattle, there are hundreds of thousands of these umbrellas in all kinds of colors. Most people call them cars.

实现方法：
1、 使用委托分离接口
2、 使用多重继承分离接口

想到一个朋友说的话：所有的接口都只有一个方法，具体的类根据自己需要什么方法去实现接口