Java设计模式：一、六大设计原则-02：开闭原则

一、定义：开闭原则

• 开闭原则：Open-Close Principle，OCP
  • 规定软件中的对象、类、模块和函数对扩展应该是开放的，但对于修改是封闭的。
  • 这意味着应该用抽象定义结构，用具体实现扩展细节，以此确保软件系统开发和维护过程的可靠性。
• 开闭原则的核心思想也可以理解为 面向抽象编程。

二、模拟场景：开闭原则

• 对于外部的调用方来说，只要能体现出面向抽象编程，定义出接口并实现其方法，即不修改原有方法体，只通过继承方式进行扩展，都可以体现出开闭原则。
• 计算三种形状的面积，如长方形、三角形、圆形。它们的类中已经按照固定的公式实现，其中圆形面积公式中 π = 3.14。
  • 但后续由于 π 值取的精度对于某些场景是不足的，需要扩展。

2.0 工程结构

design-1.1-1
|——src
    |——main
        |--java
            |--com.lino.design
                |--impl
                |   |--CalculationArea.java
                |   |--CalculationAreaExt.java
                |--ICalculationArea.java
    |——test
        |--java
            |--com.lino.design.test
                |--ApiTest.java

2.1 定义面积计算接口

ICalculationArea.java

package com.lino.design;

/**
 * @description: 面积计算接口
 */
public interface ICalculationArea {

    /**
     * 计算面积，长方形
     *
     * @param x 长
     * @param y 宽
     * @return 面积
     */
    double rectangle(double x, double y);

    /**
     * 计算面积，三角形
     * 海伦公式：S=√[p(p-a)(p-b)(p-c)] 其中：p=(a+b+c)/2
     *
     * @param x 边长x
     * @param y 边长y
     * @param z 边长z
     * @return 面积
     */
    double triangle(double x, double y, double z);

    /**
     * 计算面积，圆形
     * 圆面积公式：S=πr²
     *
     * @param r 半径
     * @return 面积
     */
    double circular(double r);
}

• 长方形面积，长*宽。
• 三角形面积，使用海伦公式：S=√[p(p-a)(p-b)(p-c)]，其中 p=(a+b+c)/2。
• 圆形面积，S=πr²

2.2 面积计算实现类

CalculationArea.java

package com.lino.design.impl;

import com.lino.design.ICalculationArea;

/**
 * @description: 面积计算实现
 */
public class CalculationArea implements ICalculationArea {

    private final static double π = 3.14D;

    @Override
    public double rectangle(double x, double y) {
        return x * y;
    }

    @Override
    public double triangle(double x, double y, double z) {
        double p = (x + y + z) / 2;
        return Math.sqrt((p - x) * (p - y) * (p - z));
    }

    @Override
    public double circular(double r) {
        return π * r * r;
    }
}

• 实现类。在实现类中，分别实现三种类型的面积计算，长方形(rectangle)、三角形(triangle)、圆形(circular)。
  • 其中圆形面积的 π 值取的是 3.14D，这也是要扩展精度的方法和体现开闭原则的地方。

三、违背方案：开闭原则

如果不考虑开闭原则，也不思考这种方法在整个工程服务中的使用情况，那么直接修改 `π` 值就可以了。

• 但这样做就会破坏整个工程服务的稳定性，也会造成一些风险。
• 例如：用原来精度的 π 值计算出的圆形面积本可以满足需求，但是因为精度加长破坏了原有精度下的稳定性。

CalculationArea.java

package com.lino.design.impl;

import com.lino.design.ICalculationArea;

/**
 * @description: 面积计算实现
 */
public class CalculationArea implements ICalculationArea {

    private final static double π = 3.141592653D;

    @Override
    public double rectangle(double x, double y) {
        return x * y;
    }

    @Override
    public double triangle(double x, double y, double z) {
        double p = (x + y + z) / 2;
        return Math.sqrt((p - x) * (p - y) * (p - z));
    }

    @Override
    public double circular(double r) {
        return π * r * r;
    }
}

四、改善代码：开闭原则

4.1 扩展继承

• 按照开闭原则方式实现并不复杂，它的主要目的是不能因为个例需求的变化而改变预定的实现类，除非预定的实现类有错误。
• 实现过程是继承父类扩展需要的方法，同时可以保留原有的方法，新增自己需要的方法。

CalculationAreaExt.java

package com.lino.design.impl;

/**
 * @description: 扩展继承，实现自己的需求
 */
public class CalculationAreaExt extends CalculationArea {

    private final static double π = 3.141592653D;

    @Override
    public double circular(double r) {
        return π * r * r;
    }
}

• 扩展后的方法已经把求圆形面积的精度增长，需要使用此方法的用户可以直接调用。而其他方法，如长方形面积、三角形面积，则可以继续使用。

4.2 单元测试

ApiTest.java

@Test
public void test_calculationAreaExt() {
    ICalculationArea area = new CalculationAreaExt();
    double circular = area.circular(10);
    System.out.println(circular);
}

测试结果

314.1592653