六大设计原则之迪米特法则

1987年秋天,迪米特法则由美国Northeastern University的Ian Holland提出,被UML的创始者之一Booch等人普及。后来,因为经典著作The Pragmatic Programmer而广为人知。

迪米特法则(Law of Demeter,LoD)又称为最少知识原则(Least KnowledgePrinciple,LKP),是指一个对象类对于其他对象类来说,知道得越少越好。也就是说,两个类之间不要有过多的耦合关系,保持最少关联性。

迪米特法则有一句经典语录:只和朋友通信,不和陌生人说话。也就是说,有内在关联的类要内聚,没有直接关系的类要低耦合

就像家里的水管装修,有洗衣机地漏、卫生间地漏、厨房地漏,但它们最终都汇到同一个污水处理系统里。在平常使用时,我们不会考虑这些水管是怎么关联流向的,只需要考虑最上层的使用即可。

设计模式中的门面模式(Facade)和中介模式(Mediator),都是迪米特法则应用的例子

迪米特法则要求限制软件实体之间通信的宽度和深度,正确使用迪米特法则将有以下两个优点。

  • 降低了类之间的耦合度,提高了模块的相对独立性。
  • 由于亲合度降低,从而提高了类的可复用率和系统的扩展性

从迪米特法则的定义和特点可知,它强调以下两点:

  • 从依赖者的角度来说,只依赖应该依赖的对象。
  • 从被依赖者的角度说,只暴露应该暴露的方法。

广义的迪米特法则在类的设计上的体现:

  • 优先考虑将一个类设置成不变类。
  • 尽量降低一个类的访问权限。
  • 谨慎使用Serializable。
  • 尽量降低成员的访问权限。

这里用模拟学生、老师、校长之间关系的例子来说明迪米特法则来举例:
老师需要负责具体某一个学生的学习情况,而校长会关心老师所在班级的总体成绩。
违背原则的方案:
学生类:

public class Student {

    private String name;
    private int rank;
    private double grade;

    public Student(String name,int rank,double grade){
        this.name = name;
        this.rank = rank;
        this.grade = grade;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getRank() {
        return rank;
    }

    public void setRank(int rank) {
        this.rank = rank;
    }

    public double getGrade() {
        return grade;
    }

    public void setGrade(double grade) {
        this.grade = grade;
    }
}

老师类:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Teacher {

    private String name; //老师姓名
    private String clazz; //班级
    private static List studentList;

    public Teacher(String name,String clazz){
        this.name = name;
        this.clazz = clazz;
    }

    static {
        studentList = new ArrayList<>();
        studentList.add(new Student("小明",20,530));
        studentList.add(new Student("小花",10,590));
        studentList.add(new Student("小月",5,680));
        studentList.add(new Student("小凯",1,700));
    }

    public static List getStudentList(){
        return studentList;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getClazz() {
        return clazz;
    }
}

校长类:

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Principal {

    private Teacher teacher = new Teacher("李国华","2年级1班");

    public Map queryClazzInfo(String clazzId){
        int stuCount = clazzStuCount();
        double totalScore = clazzTotalScore();
        double avgScore = clazzAverageScore();

        Map info = new HashMap<>();
        info.put("班级",teacher.getClazz());
        info.put("老师姓名",teacher.getName());
        info.put("学生人数",stuCount);
        info.put("总分",totalScore);
        info.put("平均分",avgScore);
        return info;
    }

    private int clazzStuCount() {
        return teacher.getStudentList().size();
    }

    private double clazzAverageScore() {
        return clazzTotalScore() / clazzStuCount();
    }

    private double clazzTotalScore() {
        return teacher.getStudentList().stream().mapToDouble(Student::getGrade).sum();
    }

}

校长想知道一个班级的总分和平均分,是应该找老师要,还是跟每一个学生要再进行统计呢?显然是应该找具体的班主任老师。我们在实际开发时,容易忽略这样的真实情况
迪米特法则改造方案:
老师类

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Teacher {

    private String name; //老师姓名
    private String clazz; //班级
    private static List studentList;

    public Teacher(String name,String clazz){
        this.name = name;
        this.clazz = clazz;
    }

    static {
        studentList = new ArrayList<>();
        studentList.add(new Student("小明",20,530));
        studentList.add(new Student("小花",10,590));
        studentList.add(new Student("小月",5,680));
        studentList.add(new Student("小凯",1,700));
    }

    public static List getStudentList(){
        return studentList;
    }

    public int clazzStuCount() {
        return this.getStudentList().size();
    }

    public double clazzAverageScore() {
        return clazzTotalScore() / clazzStuCount();
    }

    public double clazzTotalScore() {
        return this.getStudentList().stream().mapToDouble(Student::getGrade).sum();
    }


    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getClazz() {
        return clazz;
    }
}

校长类:

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Principal {

    private Teacher teacher = new Teacher("李国华","2年级1班");
    public Map queryClazzInfo(String clazzId){
        int stuCount = teacher.clazzStuCount();
        double totalScore = teacher.clazzTotalScore();
        double avgScore = teacher.clazzAverageScore();

        Map info = new HashMap<>();
        info.put("班级",teacher.getClazz());
        info.put("老师姓名",teacher.getName());
        info.put("学生人数",stuCount);
        info.put("总分",totalScore);
        info.put("平均分",avgScore);
        return info;
    }
}

校长类直接调用老师类的接口,并获取相应的信息。这样一来,整个功能逻辑就非常清晰了。

在运用迪米特法则时要注意以下 6 点

  • 在类的划分上,应该创建弱耦合的类。类与类之间的耦合越弱,就越有利于实现可复用的目标。
  • 在类的结构设计上,尽量降低类成员的访问权限。
  • 在类的设计上,优先考虑将一个类设置成不变类。
  • 在对其他类的引用上,将引用其他对象的次数降到最低。
  • 不暴露类的属性成员,而应该提供相应的访问器(set 和 get 方法)。
  • 谨慎使用序列化(Serializable)功能。

缺点
迪米特法则是一种面向对象系统设计风格的一种法则,尤其适合做大型复杂系统设计指导原则。但是也会造成系统的不同模块之间的通信效率降低,使系统的不同模块之间不容易协调等缺点。

同时,因为迪米特法则要求类与类之间尽量不直接通信,如果类之间需要通信就通过第三方转发的方式,这就直接导致了系统中存在大量的中介类,这些类存在的唯一原因是为了传递类与类之间的相互调用关系,这就毫无疑问的增加了系统的复杂度。解决这个问题的方式是:使用依赖倒转原则,这样就可以使调用方和被调用方之间有了一个抽象层,被调用方在遵循抽象层的前提下就可以自由的变化,此时抽象层成了调用方的朋友。

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