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  • Java设计模式六大原则-2

    Java设计模式六大原则-2

    Java程序开发的每天都在使用JDKSpringSpringMvcMybatisNettyMINA等框架,但很少有人懂得背后的原理。即使打开跟下原码也是一头雾水,很虐心,最后还是回到使用上,为什么?难道他们不想了解吗?当然不是,是因为真心看不懂,当时我工作5年,大大小小的项目做了数不清,但是看这些背后的原理根本就看不懂,或者懂一点,其它全是疑问,最终被虐的也不得不放弃。

    因为自己不满足搬砖的,所以还是下定决心要了解各大框架背后的原理。从认识到这个问题后第6年开始一点一点研究,到现在有七年之余,基本掌握了背后的核心原理。冰冻三尺非一日之寒,就让我从六大原则开始吧!

    4.接口隔离原则

    定义:客户端不应该依赖它不需要的接口;一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。                                                      问题由来:类A通过接口I依赖类B,类C通过接口I依赖类D,如果接口I对于类A和类B来说不是最小接口,则类B和类D必须去实现他们不需要的方法。

    解决方案:将臃肿的接口I拆分为独立的几个接口,类A和类C分别与他们需要的接口建立依赖关系。也就是采用接口隔离原则。

    举例来说明接口隔离原则:

     

    (图1 未遵循接口隔离原则的设计)

    这个图的意思是:类A依赖接口I中的方法1、方法2、方法3,类B是对类A依赖的实现。类C依赖接口I中的方法1、方法4、方法5,类D是对类C依赖的实现。对于类B和类D来说,虽然他们都存在着用不到的方法(也就是图中红色字体标记的方法),但由于实现了接口I,所以也必须要实现这些用不到的方法。对类图不熟悉的可以参照程序代码来理解,代码如下:

    interface I {

    public void method1();

    public void method2();

    public void method3();

    public void method4();

    public void method5();

    }

     

    class A{

    public void depend1(I i){

    i.method1();

    }

    public void depend2(I i){

    i.method2();

    }

    public void depend3(I i){

    i.method3();

    }

    }

     

    class B implements I{

    public void method1() {

    System.out.println("类B实现接口I的方法1");

    }

    public void method2() {

    System.out.println("类B实现接口I的方法2");

    }

    public void method3() {

    System.out.println("类B实现接口I的方法3");

    }

    //对于类B来说,method4和method5不是必需的,但是由于接口A中有这两个方法,

    //所以在实现过程中即使这两个方法的方法体为空,也要将这两个没有作用的方法进行实现。

    public void method4() {}

    public void method5() {}

    }

     

    class C{

    public void depend1(I i){

    i.method1();

    }

    public void depend2(I i){

    i.method4();

    }

    public void depend3(I i){

    i.method5();

    }

    }

     

    class D implements I{

    public void method1() {

    System.out.println("类D实现接口I的方法1");

    }

    //对于类D来说,method2和method3不是必需的,但是由于接口A中有这两个方法,

    //所以在实现过程中即使这两个方法的方法体为空,也要将这两个没有作用的方法进行实现。

    public void method2() {}

    public void method3() {}

     

    public void method4() {

    System.out.println("类D实现接口I的方法4");

    }

    public void method5() {

    System.out.println("类D实现接口I的方法5");

    }

    }

     

    public class Client{

    public static void main(String[] args){

    A a = new A();

    a.depend1(new B());

    a.depend2(new B());

    a.depend3(new B());

     

    C c = new C();

    c.depend1(new D());

    c.depend2(new D());

    c.depend3(new D());

    }

    }

    可以看到,如果接口过于臃肿,只要接口中出现的方法,不管对依赖于它的类有没有用处,实现类中都必须去实现这些方法,这显然不是好的设计。如果将这个设计修改为符合接口隔离原则,就必须对接口I进行拆分。在这里我们将原有的接口I拆分为三个接口,拆分后的设计如图2所示:

     

    (图2 遵循接口隔离原则的设计)

    照例贴出程序的代码,供不熟悉类图的朋友参考:

     interface I1 {

    public void method1();

    }

     

    interface I2 {

    public void method2();

    public void method3();

    }

     

    interface I3 {

    public void method4();

    public void method5();

    }

     

    class A{

    public void depend1(I1 i){

    i.method1();

    }

    public void depend2(I2 i){

    i.method2();

    }

    public void depend3(I2 i){

    i.method3();

    }

    }

     

    class B implements I1, I2{

    public void method1() {

    System.out.println("类B实现接口I1的方法1");

    }

    public void method2() {

    System.out.println("类B实现接口I2的方法2");

    }

    public void method3() {

    System.out.println("类B实现接口I2的方法3");

    }

    }

     

    class C{

    public void depend1(I1 i){

    i.method1();

    }

    public void depend2(I3 i){

    i.method4();

    }

    public void depend3(I3 i){

    i.method5();

    }

    }

     

    class D implements I1, I3{

    public void method1() {

    System.out.println("类D实现接口I1的方法1");

    }

    public void method4() {

    System.out.println("类D实现接口I3的方法4");

    }

    public void method5() {

    System.out.println("类D实现接口I3的方法5");

    }

    }

    接口隔离原则的含义是:建立单一接口,不要建立庞大臃肿的接口,尽量细化接口,接口中的方法尽量少。也就是说,我们要为各个类建立专用的接口,而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。本文例子中,将一个庞大的接口变更为3个专用的接口所采用的就是接口隔离原则。在程序设计中,依赖几个专用的接口要比依赖一个综合的接口更灵活。接口是设计时对外部设定的契约,通过分散定义多个接口,可以预防外来变更的扩散,提高系统的灵活性和可维护性。

    说到这里,很多人会觉的接口隔离原则跟之前的单一职责原则很相似,其实不然。其一,单一职责原则原注重的是职责;而接口隔离原则注重对接口依赖的隔离。其二,单一职责原则主要是约束类,其次才是接口和方法,它针对的是程序中的实现和细节;而接口隔离原则主要约束接口接口,主要针对抽象,针对程序整体框架的构建。

    采用接口隔离原则对接口进行约束时,要注意以下几点:

    • 接口尽量小,但是要有限度。对接口进行细化可以提高程序设计灵活性是不挣的事实,但是如果过小,则会造成接口数量过多,使设计复杂化。所以一定要适度。
    • 为依赖接口的类定制服务,只暴露给调用的类它需要的方法,它不需要的方法则隐藏起来。只有专注地为一个模块提供定制服务,才能建立最小的依赖关系。
    • 提高内聚,减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

    运用接口隔离原则,一定要适度,接口设计的过大或过小都不好。设计接口的时候,只有多花些时间去思考和筹划,才能准确地实践这一原则。

    5.迪米特法则

    定义:一个对象应该对其他对象保持最少的了解。

    问题由来:类与类之间的关系越密切,耦合度越大,当一个类发生改变时,对另一个类的影响也越大。

    解决方案:尽量降低类与类之间的耦合。

    自从我们接触编程开始,就知道了软件编程的总的原则:低耦合,高内聚。无论是面向过程编程还是面向对象编程,只有使各个模块之间的耦合尽量的低,才能提高代码的复用率。低耦合的优点不言而喻,但是怎么样编程才能做到低耦合呢?那正是迪米特法则要去完成的。

    迪米特法则又叫最少知道原则,最早是在1987年由美国Northeastern                           UniversityIan Holland提出。通俗的来讲,就是一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说,对于被依赖的类来说,无论逻辑多么复杂,都尽量地的将逻辑封装在类的内部,对外除了提供的public方法,不对外泄漏任何信息。迪米特法则还有一个更简单的定义:只与直接的朋友通信。首先来解释一下什么是直接的朋友:每个对象都会与其他对象有耦合关系,只要两个对象之间有耦合关系,我们就说这两个对象之间是朋友关系。耦合的方式很多,依赖、关联、组合、聚合等。其中,我们称出现成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接的朋友,而出现在局部变量中的类则不是直接的朋友。也就是说,陌生的类最好不要作为局部变量的形式出现在类的内部。

    举一个例子:有一个集团公司,下属单位有分公司和直属部门,现在要求打印出所有下属单位的员工ID。先来看一下违反迪米特法则的设计。

     //总公司员工

    class Employee{

    private String id;

    public void setId(String id){

    this.id = id;

    }

    public String getId(){

    return id;

    }

    }

     

    //分公司员工

    class SubEmployee{

    private String id;

    public void setId(String id){

    this.id = id;

    }

    public String getId(){

    return id;

    }

    }

     

    class SubCompanyManager{

    public List<SubEmployee> getAllEmployee(){

    List<SubEmployee> list = new ArrayList<SubEmployee>();

    for(int i=0; i<100; i++){

    SubEmployee emp = new SubEmployee();

    //为分公司人员按顺序分配一个ID

    emp.setId("分公司"+i);

    list.add(emp);

    }

    return list;

    }

    }

     

    class CompanyManager{

     

    public List<Employee> getAllEmployee(){

    List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();

    for(int i=0; i<30; i++){

    Employee emp = new Employee();

    //为总公司人员按顺序分配一个ID

    emp.setId("总公司"+i);

    list.add(emp);

    }

    return list;

    }

     

    public void printAllEmployee(SubCompanyManager sub){

    List<SubEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();

    for(SubEmployee e:list1){

    System.out.println(e.getId());

    }

     

    List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();

    for(Employee e:list2){

    System.out.println(e.getId());

    }

    }

    }

     

    public class Client{

    public static void main(String[] args){

    CompanyManager e = new CompanyManager();

    e.printAllEmployee(new SubCompanyManager());

    }

    }

    现在这个设计的主要问题出在CompanyManager中,根据迪米特法则,只与直接的朋友发生通信,而SubEmployee类并不是CompanyManager类的直接朋友(以局部变量出现的耦合不属于直接朋友),从逻辑上讲总公司只与他的分公司耦合就行了,与分公司的员工并没有任何联系,这样设计显然是增加了不必要的耦合。按照迪米特法则,应该避免类中出现这样非直接朋友关系的耦合。修改后的代码如下:

     

    class SubCompanyManager{

    public List<SubEmployee> getAllEmployee(){

    List<SubEmployee> list = new ArrayList<SubEmployee>();

    for(int i=0; i<100; i++){

    SubEmployee emp = new SubEmployee();

    //为分公司人员按顺序分配一个ID

    emp.setId("分公司"+i);

    list.add(emp);

    }

    return list;

    }

    public void printEmployee(){

    List<SubEmployee> list = this.getAllEmployee();

    for(SubEmployee e:list){

    System.out.println(e.getId());

    }

    }

    }

     

    class CompanyManager{

    public List<Employee> getAllEmployee(){

    List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();

    for(int i=0; i<30; i++){

    Employee emp = new Employee();

    //为总公司人员按顺序分配一个ID

    emp.setId("总公司"+i);

    list.add(emp);

    }

    return list;

    }

     

    public void printAllEmployee(SubCompanyManager sub){

    sub.printEmployee();

    List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();

    for(Employee e:list2){

    System.out.println(e.getId());

    }

    }

    }

    修改后,为分公司增加了打印人员ID的方法,总公司直接调用来打印,从而避免了与分公司的员工发生耦合。

    迪米特法则的初衷是降低类之间的耦合,由于每个类都减少了不必要的依赖,因此的确可以降低耦合关系。但是凡事都有度,虽然可以避免与非直接的类通信,但是要通信,必然会通过一个中介来发生联系,例如本例中,总公司就是通过分公司这个中介来与分公司的员工发生联系的。过分的使用迪米特原则,会产生大量这样的中介和传递类,导致系统复杂度变大。所以在采用迪米特法则时要反复权衡,既做到结构清晰,又要高内聚低耦合。

     

    6.开闭原则

    定义:一个软件实体如类、模块和函数应该对扩展开放,对修改关闭。

    问题由来:在软件的生命周期内,因为变化、升级和维护等原因需要对软件原有代码进行修改时,可能会给旧代码中引入错误,也可能会使我们不得不对整个功能进行重构,并且需要原有代码经过重新测试。

    解决方案:当软件需要变化时,尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化,而不是通过修改已有的代码来实现变化。

    开闭原则是面向对象设计中最基础的设计原则,它指导我们如何建立稳定灵活的系统。开闭原则可能是设计模式六项原则中定义最模糊的一个了,它只告诉我们对扩展开放,对修改关闭,可是到底如何才能做到对扩展开放,对修改关闭,并没有明确的告诉我们。以前,如果有人告诉我你进行设计的时候一定要遵守开闭原则,我会觉的他什么都没说,但貌似又什么都说了。因为开闭原则真的太虚了。

    在仔细思考以及仔细阅读很多设计模式的文章后,终于对开闭原则有了一点认识。其实,我们遵循设计模式前面5大原则,以及使用23种设计模式的目的就是遵循开闭原则。也就是说,只要我们对前面5项原则遵守的好了,设计出的软件自然是符合开闭原则的,这个开闭原则更像是前面五项原则遵守程度的平均得分,前面5项原则遵守的好,平均分自然就高,说明软件设计开闭原则遵守的好;如果前面5项原则遵守的不好,则说明开闭原则遵守的不好。

    其实笔者认为,开闭原则无非就是想表达这样一层意思:用抽象构建框架,用实现扩展细节。因为抽象灵活性好,适应性广,只要抽象的合理,可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节,我们用从抽象派生的实现类来进行扩展,当软件需要发生变化时,我们只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。当然前提是我们的抽象要合理,要对需求的变更有前瞻性和预见性才行。

    说到这里,再回想一下前面说的5项原则,恰恰是告诉我们用抽象构建框架,用实现扩展细节的注意事项而已:单一职责原则告诉我们实现类要职责单一;里氏替换原则告诉我们不要破坏继承体系;依赖倒置原则告诉我们要面向接口编程;接口隔离原则告诉我们在设计接口的时候要精简单一;迪米特法则告诉我们要降低耦合。而开闭原则是总纲,他告诉我们要对扩展开放,对修改关闭。

    最后说明一下如何去遵守这六个原则。对这六个原则的遵守并不是是和否的问题,而是多和少的问题,也就是说,我们一般不会说有没有遵守,而是说遵守程度的多少。任何事都是过犹不及,设计模式的六个设计原则也是一样,制定这六个原则的目的并不是要我们刻板的遵守他们,而需要根据实际情况灵活运用。对他们的遵守程度只要在一个合理的范围内,就算是良好的设计。

    如果同学们有疑问或者想获取更多资源,可以加“张无忌”老师微信(17091005779),找老师获取。

     

     

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