软件设计之高内聚低耦合

内聚(Cohesion)是一个模块内部各成分之间相关联程度的度量。耦合(Coupling)是模块之间依赖程度的度量。内聚和耦合是密切相关的,与其它模块存在强耦合的模块通常意味着弱内聚,而强内聚的模块通常意味着与其它模块之间存在弱耦合。模块设计追求强内聚,弱耦合。

一、什么是耦合度

软件设计中通常用耦合度和内聚度作为衡量模块独立程度的标准。划分摸块的一个准则就是高内聚低耦合。 耦合度(Coupling)是对模块间关联程度的度量。耦合的强弱取决与模块间接口的复杂性、调用模块的方式以及通过界面传送数据的多少。 模块间的耦合度是指模块之间的依赖关系,包括控制关系、调用关系、数据传递关系。模块间联系越多,其耦合性越强,同时表明其独立性越差。降低模块间的耦合度能减少模块间的影响,防止对某一模块修改所引起的“牵一发动全身”的水波效应,保证系统设计顺利进行。 内聚和耦合密切相关,同其它模块存在强耦合关系的模块常意味这弱内聚,强内聚常意味着弱耦合。

耦合度就是某模块(类)与其它模块(类)之间的关联、感知和依赖的程度,是衡量代码独立性的一个指标,也是软件工程设计及编码质量评价的一个标准。耦合的强度依赖于以下几个因素:

(1)一个模块对另一个模块的调用;

(2)一个模块向另一个模块传递的数据量;

(3)一个模块施加到另一个模块的控制的多少;

(4)模块之间接口的复杂程度。

1、内聚强度

内聚按强度从低到高有以下几种类型:

(1) 偶然内聚。如果一个模块的各成分之间毫无关系,则称为偶然内聚。

(2) 逻辑内聚。几个逻辑上相关的功能被放在同一模块中,则称为逻辑内聚。如一个模块读取各种不同类型外设的输入。尽管逻辑内聚比偶然内聚合理一些,但逻辑内聚的模块各成分在功能上并无关系,即使局部功能的修改有时也会影响全局,因此这类模块的修改也比较困难。

(3) 时间内聚。如果一个模块完成的功能必须在同一时间内执行(如系统初始化),但这些功能只是因为时间因素关联在一起,则称为时间内聚。

(4) 过程内聚。如果一个模块内部的处理成分是相关的,而且这些处理必须以特定的次序执行,则称为过程内聚。

(5) 通信内聚。如果一个模块的所有成分都操作同一数据集或生成同一数据集,则称为通信内聚。

(6) 顺序内聚。如果一个模块的各个成分和同一个功能密切相关,而且一个成分的输出作为另一个成分的输入,则称为顺序内聚。

(7) 功能内聚。模块的所有成分对于完成单一的功能都是必须的,则称为功能内聚。

2、耦合强度

耦合的强度依赖于以下几个因素:(1)一个模块对另一个模块的调用;(2)一个模块向另一个模块传递的数据量;(3)一个模块施加到另一个模块的控制的多少;(4)模块之间接口的复杂程度。

耦合按从强到弱的顺序可分为以下几种类型:

(1)内容耦合。当一个模块直接修改或操作另一个模块的数据,或者直接转入另一个模块时,就发生了内容耦合。此时,被修改的模块完全依赖于修改它的模块。

(2)公共耦合。两个以上的模块共同引用一个全局数据项就称为公共耦合。

(3)控制耦合。一个模块在界面上传递一个信号(如开关值、标志量等)控制另一个模块,接收信号的模块的动作根据信号值进行调整,称为控制耦合。

(4)标记耦合。模块间通过参数传递复杂的内部数据结构,称为标记耦合。此数据结构的变化将使相关的模块发生变化。

(5)数据耦合。模块间通过参数传递基本类型的数据,称为数据耦合。

(6)非直接耦合。模块间没有信息传递时,属于非直接耦合。
如果模块间必须存在耦合,就尽量使用数据耦合,少用控制耦合,限制公共耦合的范围,坚决避免使用内容耦合。

二、为什么要低耦合

了解什么是耦合及耦合的分类后,我想大家对为什么要降低耦合度已经有一定的认识,并且多数开发人员也大概尝尽了高耦合带来的苦头。道理很简单,耦合度很高的情况下,维护代码时修改一个地方会牵连到很多地方,如果修改时没有理清这些耦合关系,那么带来的后果可能会是灾难性的,特别是对于需求变化较多以及多人协作开发维护的项目,修改一个地方会引起本来已经运行稳定的模块错误,严重时会导致恶性循环,问题永远改不完,开发和测试都在各种问题之间奔波劳累,最后导致项目延期,用户满意度降低,成本也增加了,这对用户和开发商影响都是很恶劣的,各种风险也就不言而喻了。

为了预防这些问题的发生,其中一个重要手段就是降低代码的耦合度。但也不可能有绝对的零耦合,比如基于J2EE编程那就必须和JDK耦合,而且高耦合也不是一无是处,如果在设计前期预料到某功能后期基本不用修改,那么即使高耦合了也关系不大。但是,在还没有能力设计出基本不用修改的代码前,还得要求以低耦合为标准。那么怎样才能最大限度地降低耦合度呢?下面介绍降低耦合度的几种方法。

三、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);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,限制公共耦合的范围,避免使用内容耦合。

内聚: 故名思议,表示内部间聚集、关联的长度,那么高内聚就是指要高度的聚集和关联。

高内聚:类与类之间的关系而定,高,意思是他们之间的关系要简单,明了,不要有很强的关系,不然,运行起来就会出问题。一个类的运行影响到其他的类。由于高内聚具备鲁棒性,可靠性,可重用性,可读性等优点,模块设计推荐采用高内聚。

这是软件工程中的概念,是判断设计好坏的标准,主要是面向OO的设计,主要是看类的内聚性是否高,偶合度是否低

“高内聚,低耦合”,首先要知道一个软件是由多个子程序组装而成,而一个程序由多个模块(方法)构成!“高内聚,低耦合”主要是阐述的面向对象系统中,各个类需要职责分离的思想。 每一个类完成特定的独立的功能,这个就是高内聚。耦合就是类之间的互相调用关系,如果耦合很强,互相牵扯调用很多,那么会牵一发而动全身,不利于维护和扩展。

类之间的设置应该要低耦合,但是每个类应该要高内聚.耦合是类之间相互依赖的尺度.如果每个对象都有引用其它所有的对象,那么就有高耦合,这是不合乎要求的,因为在两个对象之间,潜在性地流动了太多信息.低耦合是合乎要求的:它意味着对象彼此之间更独立的工作.低耦合最小化了修改一个类而导致也要修改其它类的”连锁反应”. 内聚是一个类中变量与方法连接强度的尺度.高内聚是值得要的,因为它意味着类可以更好地执行一项工作.低内聚是不好的,因为它表明类中的元素之间很少相关.成分之间相互有关联的模块是合乎要求的.每个方法也应该高内聚.大多数的方法只执行一个功能.不要在方法中添加’额外’的指令,这样会导致方法执行更多的函数.

推广开来说,这个思想并不限于类与类之间的关系。模块和模块,子系统之间也都要遵守这个原则,才可以设计出延展性比较强的系统。

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