面向对象六大原则

时间：2017-08-30 14:09:09 阅读：177 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

标签：依赖倒置原则用户名称 put repo play extend 不同 lis

在此之前，有一点需要大家知道，熟悉这些原则并不是说你写出的程序就一定灵活、清晰，只是为你的优秀代码之路铺上了一层栅栏，在这些原则的指导下你才能避免陷入一些常见的代码泥沼，从而让你专心写出优秀的东西。
下面我们就以Android网络框架SimpleNet为例来学习这六大面向对象的基本原则，体会这些原则在开发过程中带来的强大能量。

1　单一职责原则

单一职责原则的英文名称是Single Responsibility Principle，简称是SRP，简单地说就是一个类只做一件事。这个设计原则备受争议却又极其重要。只要你想和别人争执、怄气或者是吵架，这个原则是屡试不爽的。因为单一职责的划分界限并不是如马路上的行车道那么清晰，很多时候都是需要靠个人经验来界定。当然，最大的问题就是对职责的定义，什么是类的职责，以及怎么划分类的职责。
试想一下，如果你遵守了这个原则，那么你的类就会划分得很细，每个类都有比较单一的职责，这不就是高内聚、低耦合么！当然，如何界定类的职责这需要你的个人经验了。
在SimpleNet中，我觉得很能够体现SRP原则的就是HttpStack这个类族了。HttpStack定义了一个执行网络请求的接口，代码如下：

public interface HttpStack {
　　/**
　　 * 执行Http请求,并且返回一个Response
　　 */ 
　　public Response performRequest(Request<?> request);
}

从上述程序中可以看到，HttpStack只有一个performRequest函数，它的职责就是执行网络请求并且返回一个Response。它的职责很单一，这样在需要修改执行网络请求的相关代码时，只需要修改实现HttpStack接口的类，而不会影响其他的类的代码。如果某个类的职责包含有执行网络请求、解析网络请求、进行gzip压缩、封装请求参数等，那么在你修改某处代码时就必须谨慎，以免修改的代码影响了其他的功能。当你修改的代码能够基本上不影响其他的功能。这就在一定程度上保证了代码的可维护性。注意，单一职责原则并不是说一个类只有一个函数，而是说这个类中的函数所做的工作是高度相关的，也就是高内聚。HttpStack抽象了执行网络请求的具体过程，接口简单清晰，也便于扩展。

优点

（1）类的复杂性降低，实现什么职责都有清晰明确的定义。
（2）可读性提高，复杂性降低，那当然可读性提高了。
（3）可维护性提高，可读性提高，那当然更容易维护了。
（4）变更引起的风险降低，变更是必不可少的，如果接口的单一职责做得好，一个接口修改只对相应的实现类有影响，对其他的接口无影响，这对系统的扩展性、维护性都有非常大的帮助。

2　里氏替换原则

面向对象的语言的三大特点是继承、封装、多态，里氏替换原则就是依赖于继承、多态这两大特性。里氏替换原则简单来说就是所有引用基类、接口的地方必须能透明地使用其子类的对象。通俗点讲，只要父类能出现的地方子类就可以出现，而且替换为子类也不会产生任何错误或异常，使用者可能根本就不需要知道是父类还是子类。但是，反过来就不行了，有子类出现的地方，父类未必就能适应。
还是以HttpStack为例，SimpleNet定义了HttpStack来表示执行网络请求这个抽象概念。在执行网络请求时，只需要定义一个HttpStack对象，然后调用performRequest即可，至于HttpStack的具体实现由更高层的调用者指定。这部分代码在RequestQueue类中，示例如下：

　/**
　　 * @paramcoreNums线程核心数
　　 * @paramhttpStack http执行器
　　 */
　　protected RequestQueue(intcoreNums, HttpStackhttpStack) {
　　　 mDispatcherNums = coreNums;
　　　 mHttpStack = httpStack != null ? httpStack : HttpStackFactory.createHttpStack();
　　}

HttpStackFactory类的createHttpStack函数负责根据API版本创建不同的HttpStack，实现代码如下：

// 根据API版本选择HttpClient或者HttpURLConnection
public final class HttpStackFactory {
　　// API 9
　　private static final int GINGERBREAD_SDK_NUM = 9;

　　/**
　　 * 根据SDK版本号来创建不同的Http执行器,即SDK 9之前使用HttpClient,之后则使用HttlUrlConnection
　　 * @return
　　 */
　　public static HttpStackcreateHttpStack() {
　　　　　intruntimeSDKApi = Build.VERSION.SDK_INT;
　　　　　if (runtimeSDKApi>= GINGERBREAD_SDK_NUM) {
　　　　　　return new HttpUrlConnStack();
　　　　}
　　　　return new HttpClientStack();
　　}
}

上述代码中，RequestQueue类中依赖的是HttpStack接口，而通过HttpStackFactory的createHttpStack函数返回的是HttpStack的实现类HttpClientStack或HttlUrlConnStack。这就是所谓的里氏替换原则，任何父类、父接口出现的地方子类都可以出现，这不就保证了可扩展性吗！
任何实现HttpStack接口的类的对象都可以传递给RequestQueue实现网络请求的功能，这样SimpleNet执行网络请求的方法就有很多种可能性，而不是只有HttpClient和HttpURLConnection。例如，用户想使用OkHttp作为SimpleNet的执行引擎，那么创建一个实现了HttpStack接口的OkHttpStack类，然后在该类的performRequest函数中执行网络请求，最终将OkHttpStack对象注入RequestQueue即可。
细想一下，很多应用框架不就是这样实现吗？框架定义一系列相关的逻辑骨架与抽象，使得用户可以将自己的实现注入到框架中，从而实现变化万千的功能。

优点

（1）代码共享，减少创建类的工作量，每个子类都拥有父类的方法和属性。
（2）提高代码的重用性。
（3）提高代码的可扩展性，实现父类的方法就可以“为所欲为”了，很多开源框架的扩展接口都是通过继承父类来完成的。
（4）提高产品或项目的开放性。

缺点

（1）继承是侵入性的。只要继承，就必须拥有父类的所有属性和方法。
（2）降低代码的灵活性。子类必须拥有父类的属性和方法，让子类自由的世界中多了些约束。
（3）增强了耦合性。当父类的常量、变量和方法被修改时，必需要考虑子类的修改，而且在缺乏规范的环境下，这种修改可能带来非常糟糕的结果——大片的代码需要重构。

3　依赖倒置原则

依赖倒置原则这个名字看着有点不好理解，“依赖”还要“倒置”，这到底是什么意思？依赖倒置原则的几个关键点如下:
（1）高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖其抽象。
（2）抽象不应该依赖细节。
（3）细节应该依赖抽象。
在Java语言中，抽象就是指接口或抽象类，两者都是不能直接被实例化的。细节就是实现类、实现接口或继承抽象类而产生的类就是细节，其特点就是可以直接被实例化，也就是可以加上一个关键字 new 产生一个对象。依赖倒置原则在 Java 语言中的表现就是：模块间的依赖通过抽象发生，实现类之间不发生直接的依赖关系，其依赖关系是通过接口或抽象类产生的。软件先驱们总是喜欢将一些理论定义得很抽象，弄得不是那么容易理解，其实就是一句话：面向接口编程，或者说是面向抽象编程，这里的抽象指的是接口或者抽象类。面向接口编程是面向对象精髓之一。
采用依赖倒置原则可以减少类间的耦合性，提高系统的稳定性，降低并行开发引起的风险，提高代码的可读性和可维护性。

优点

（1）可扩展性好。
（2）耦合度低。

4　开闭原则

开闭原则是Java世界里最基础的设计原则，它指导我们如何建立一个稳定的、灵活的系统。开闭原则的定义是：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。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，
可能会给旧代码引入错误。因此，当软件需要变化时，我们应该尽量通过扩展的方式来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现。
在软件开发过程中，永远不变的就是变化。开闭原则是使我们的软件系统拥抱变化的核心原则之一。对扩展开放，对修改关闭这样的高层次的概括，即在需要对软件进行升级、变化时应该通过扩展的形式来实现，而非修改原有代码。当然这只是一种比较理想的状态，是通过扩展还是通过修改旧代码需要根据代码自身来定。
在SimpleNet中，开闭原则体现得比较好的是Request类族的设计。我们知道，在开发C/S应用时，服务器返回的数据格式多种多样，有字符串类型、xml、Json等。而解析服务器返回的Response的原始数据类型则是通过Request类来实现的，这样就使得Request类对于服务器返回的数据格式有良好的扩展性，即Request的可变性太大。
例如，返回的数据格式是Json，那么，使用JsonRequest请求来获取数据，它会将结果转成JsonObject对象，我们看看JsonRequest的核心实现：

// 返回的数据类型为Json的请求, Json对应的对象类型为JSONObject
public class JsonRequest extends Request<JSONObject> {

　　public JsonRequest(HttpMethod method, String url,
　　　　 RequestListener<JSONObject> listener) {
　　　　 super(method, url, listener);
}

// 将Response的结果转换为JSONObject
@Override
public JSONObjectparseResponse(Response response) {
　　　　String jsonString = new String(response.getRawData());
　　　　try {
　　　　　　return new JSONObject(jsonString);
　　　　} catch (JSONException e) {
　　　　e.printStackTrace();
　　　　}
　　　　return null;
　　}
}

JsonRequest通过实现Request抽象类的parseResponse解析服务器返回的结果，这里将结果转换为JSONObject，并且封装到Response类中。
例如，SimpleNet添加对图片请求的支持，即要实现类似ImageLoader的功能。这个时候我的请求返回的数据是Bitmap图片。因此，我需要在该类型的Request中得到的结果是Request，但支持一种新的数据格式不能通过修改源码的形式，这样可能会为旧代码引入错误，但是，你又必须实现功能扩展。这就是开闭原则的定义：对扩展开放，对修改关闭。我们看看SimpleNet是如何做的：

public class ImageRequest extends Request<Bitmap> {

　　public ImageRequest(HttpMethod method, String url,
　　　　RequestListener<Bitmap> listener) {
　　　　super(method, url, listener);
　　}

　 // 将数据解析为Bitmap
　　@Override
　　public Bitmap parseResponse(Response response) {
　　　　　 return BitmapFactory.decodeByteArray(response.rawData,
　　　　　　　0, response.rawData.length);
　　}

}

ImageRequest类的parseResponse函数中将Response中的原始数据转换为Bitmap即可。当我们需要添加其他数据格式时，只需要继承自Request类，并且在parseResponse方法中将数据转换为具体的形式即可。这样通过扩展的形式来应对软件的变化或者说用户需求的多样性，既避免了破坏原有系统，又保证了软件系统的可扩展性。依赖于抽象，而不依赖于具体，使得对扩展开放，对修改关闭。开闭原则与依赖倒置原则、里氏替换原则一样，实际上最终都遵循一句话：面向接口编程。

优点

（1）增加稳定性。
（2）可扩展性高。

5　接口隔离原则

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。根据接口隔离原则，当一个接口太大时，我们需要将它分割成一些更细小的接口，使用该接口的客户端仅需知道与之相关的方法即可。
可能描述起来不是很好理解，我们还是以示例来加强理解吧。
我们知道，在SimpleNet的网络队列中是会对请求进行排序的。SimpleNet内部使用PriorityBlockingQueue来维护网络请求队列，PriorityBlockingQueue需要调用Request类的compareTo函数来进行排序。试想一下，PriorityBlockingQueue其实只需要调用Request类的排序方法就可以了，其他的接口它根本不需要，即PriorityBlockingQueue只需要compareTo这个接口，而这个compareTo方法就是我们上述所说的最小接口。当然，compareTo这个方法并不是SimpleNet本身定义的接口方法，而是Java中的Comparable接口，但我们这里只是为了学习，至于哪里定义的无关紧要：

public abstract class Request<T> implements Comparable<Request<T>> {

　　/**
　　 * 排序方法,PriorityBlockingQueue只需要调用元素的compareTo即可进行排序
　　 */
　　@Override
　　public intcompareTo(Request<T> another) {
　　　　Priority myPriority = this.getPriority();
　　　　Priority anotherPriority = another.getPriority();
　　　　// 如果优先级相等,那么按照添加到队列的序列号顺序来执行
　　　　return myPriority.equals(anotherPriority) ?this.getSerialNumber()
　　　　　　　　- another.getSerialNumber()
　　　　　　　　: myPriority.ordinal() - anotherPriority.ordinal();
} 
// 代码省略
}

PriorityBlockingQueue类相关代码 :
　

public class PriorityBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
　　implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {

　　// 代码省略

　　// 添加元素时进行排序
　　public boolean offer(E e) {
　　　　if (e == null)
　　　　　　throw new NullPointerException();
　　　　final ReentrantLock lock = this.lock;
　　　　lock.lock();
　　　　int n, cap;
　　　　Object[] array;
　　　　while ((n = size) >= (cap = (array = queue).length))
　　　　　　　 tryGrow(array, cap);
　　　　　　　 try {
　　　　　　　　　　 Comparator<? super E>cmp = comparator;
　　　　　　　　　　// 没有设置Comparator，则使用元素本身的compareTo方法进行排序
　　　　　　　　　　if (cmp == null)
　　　　　　　　　　　　 siftUpComparable(n, e, array);
　　　　　　　　　　else
　　　　　　　　　　　　 siftUpUsingComparator(n, e, array, cmp);
　　　　　　　　　　size = n + 1;
　　　　　　　　　　notEmpty.signal();
　　　　} finally {
　　　　　　lock.unlock();
　　　　}
　　　　return true;
　　}

　　private static <T> void siftUpComparable(int k, T x, Object[] array) {
　　　　Comparable<? super T> key = (Comparable<? super T>) x;
　　　　while (k > 0) {
　　　　int parent = (k - 1) >>> 1;
　　　　　　Object e = array[parent];
　　　　　　// 调用元素的compareTo方法进行排序
　　　　　　if (key.compareTo((T) e) >= 0)
　　　　　　　　break;
　　　　　　array[k] = e;
　　　　　　k = parent;
　　　　}
　　　　array[k] = key;
　　}
 }

从PriorityBlockingQueue的代码可知，在元素排序时，PriorityBlockingQueue只需要知道元素是个Comparable对象即可，不需要知道这个对象是不是Request类以及这个类的其他接口。它只需要排序，因此，只要知道它是实现了Comparable接口的对象即可，Comparable就是它的最小接口，也是通过Comparable隔离了PriorityBlockingQueue类对Request类的其他方法的可见性。

优点

（1）降低耦合性。
（2）提升代码的可读性。
（3）隐藏实现细节。

6　迪米特原则

迪米特法则也称为最少知识原则（Least Knowledge Principle），虽然名字不同，但描述的是同一个原则：一个对象应该对其他对象有最少的了解。通俗地讲，一个类应该对自己需要耦合或调用的类知道得最少，这有点类似接口隔离原则中的最小接口的概念。类的内部如何实现、如何复杂都与调用者或者依赖者没有关系，调用者或者依赖者只需要知道它需要的方法即可，其他的一概不关心。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。
迪米特法则还有一个英文解释是：Only talk to your immedate friends（只与直接的朋友通信）。什么叫做直接的朋友呢？每个对象都必然会与其他对象有耦合关系，两个对象之间的耦合就成为朋友关系，这种关系的类型有很多，例如组合、聚合、依赖等。
例如，SimpleNet中的Response缓存接口的设计。

/**
 * 请求缓存接口
* @param<K> key的类型
 * @param<V> value类型
 */
public interface Cache<K, V> {
　　public V get(K key);
　　public void put(K key, V value);
　　public void remove(K key);
}

Cache接口定义了缓存类需要实现的最小接口，依赖缓存类的对象只需要知道这些接口即可。例如，需要将Http Response缓存到内存中，并且按照LRU的规则进行存储。我们需要LruCache类实现这个功能，代码如下：　

// 将请求结果缓存到内存中
public class LruMemCache implements Cache<String, Response> {

　　/**
　　 * Reponse　LRU缓存
　　 */
　　private LruCache<String, Response>mResponseCache;

　　public LruMemCache() {
　　　　// 计算可使用的最大内存
　　　　final intmaxMemory = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024);

　　　　// 取八分之一的可用内存作为缓存
　　　　final intcacheSize = maxMemory / 8;
　　　　mResponseCache = new LruCache<String, Response>(cacheSize) {
　　　　　　@Override
　　　　　　protected intsizeOf(String key, Response response) {
　　　　　　　　return response.rawData.length / 1024;
　　　　　　}
　　　　};

　　}

　　@Override
　　public Response get(String key) {
　　　　return mResponseCache.get(key);
　　}

　　@Override
　　public void put(String key, Response response) {
　　　　mResponseCache.put(key, response);
　　}

　　@Override
　　public void remove(String key) {
　　　　mResponseCache.remove(key);
　　}
}

在这里，SimpleNet的直接朋友就是Cache或者LruMemCahce，间接朋友就是LruCache类。SimpleNet只需要直接和Cache类交互即可，并不需要知道LruCache的对象的存在，即真正实现缓存功能的对象是LruCache。这就是迪米特原则，尽量少地知道对象的信息，只与直接的朋友交互。

优点

（1）降低复杂度。
（2）降低耦合度。
（3）增加稳定性。
面向对象六大原则在开发过程中极为重要，它们给灵活、可扩展的软件系统提供了更细粒度的指导原则。如果能够很好地将这些原则运用到项目中，再在一些合适的场景运用一些经过验证过的设计模式，那么开发出来的软件在一定程度上能够得到质量保证。其实这六大原则最终可以简化为几个关键词：抽象、单一职责、最小化。那么在实际开发过程中如何权衡、实践这些原则，也是需要大家在工作中不断地思考、摸索。

3　依赖倒置原则

优点

（1）可扩展性好。
（2）耦合度低。

4　开闭原则

// 返回的数据类型为Json的请求, Json对应的对象类型为JSONObject
public class JsonRequest extends Request<JSONObject> {

　　public JsonRequest(HttpMethod method, String url,
　　　　 RequestListener<JSONObject> listener) {
　　　　 super(method, url, listener);
}

// 将Response的结果转换为JSONObject
@Override
public JSONObjectparseResponse(Response response) {
　　　　String jsonString = new String(response.getRawData());
　　　　try {
　　　　　　return new JSONObject(jsonString);
　　　　} catch (JSONException e) {
　　　　e.printStackTrace();
　　　　}
　　　　return null;
　　}
}

public class ImageRequest extends Request<Bitmap> {

　　public ImageRequest(HttpMethod method, String url,
　　　　RequestListener<Bitmap> listener) {
　　　　super(method, url, listener);
　　}

　 // 将数据解析为Bitmap
　　@Override
　　public Bitmap parseResponse(Response response) {
　　　　　 return BitmapFactory.decodeByteArray(response.rawData,
　　　　　　　0, response.rawData.length);
　　}

}

优点

（1）增加稳定性。
（2）可扩展性高。

5　接口隔离原则

public abstract class Request<T> implements Comparable<Request<T>> {

　　/**
　　 * 排序方法,PriorityBlockingQueue只需要调用元素的compareTo即可进行排序
　　 */
　　@Override
　　public intcompareTo(Request<T> another) {
　　　　Priority myPriority = this.getPriority();
　　　　Priority anotherPriority = another.getPriority();
　　　　// 如果优先级相等,那么按照添加到队列的序列号顺序来执行
　　　　return myPriority.equals(anotherPriority) ?this.getSerialNumber()
　　　　　　　　- another.getSerialNumber()
　　　　　　　　: myPriority.ordinal() - anotherPriority.ordinal();
} 
// 代码省略
}

PriorityBlockingQueue类相关代码 :
　

public class PriorityBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
　　implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {

　　// 代码省略

　　// 添加元素时进行排序
　　public boolean offer(E e) {
　　　　if (e == null)
　　　　　　throw new NullPointerException();
　　　　final ReentrantLock lock = this.lock;
　　　　lock.lock();
　　　　int n, cap;
　　　　Object[] array;
　　　　while ((n = size) >= (cap = (array = queue).length))
　　　　　　　 tryGrow(array, cap);
　　　　　　　 try {
　　　　　　　　　　 Comparator<? super E>cmp = comparator;
　　　　　　　　　　// 没有设置Comparator，则使用元素本身的compareTo方法进行排序
　　　　　　　　　　if (cmp == null)
　　　　　　　　　　　　 siftUpComparable(n, e, array);
　　　　　　　　　　else
　　　　　　　　　　　　 siftUpUsingComparator(n, e, array, cmp);
　　　　　　　　　　size = n + 1;
　　　　　　　　　　notEmpty.signal();
　　　　} finally {
　　　　　　lock.unlock();
　　　　}
　　　　return true;
　　}

　　private static <T> void siftUpComparable(int k, T x, Object[] array) {
　　　　Comparable<? super T> key = (Comparable<? super T>) x;
　　　　while (k > 0) {
　　　　int parent = (k - 1) >>> 1;
　　　　　　Object e = array[parent];
　　　　　　// 调用元素的compareTo方法进行排序
　　　　　　if (key.compareTo((T) e) >= 0)
　　　　　　　　break;
　　　　　　array[k] = e;
　　　　　　k = parent;
　　　　}
　　　　array[k] = key;
　　}
 }

优点

（1）降低耦合性。
（2）提升代码的可读性。
（3）隐藏实现细节。

6　迪米特原则

/**
 * 请求缓存接口
* @param<K> key的类型
 * @param<V> value类型
 */
public interface Cache<K, V> {
　　public V get(K key);
　　public void put(K key, V value);
　　public void remove(K key);
}

// 将请求结果缓存到内存中
public class LruMemCache implements Cache<String, Response> {

　　/**
　　 * Reponse　LRU缓存
　　 */
　　private LruCache<String, Response>mResponseCache;

　　public LruMemCache() {
　　　　// 计算可使用的最大内存
　　　　final intmaxMemory = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024);

　　　　// 取八分之一的可用内存作为缓存
　　　　final intcacheSize = maxMemory / 8;
　　　　mResponseCache = new LruCache<String, Response>(cacheSize) {
　　　　　　@Override
　　　　　　protected intsizeOf(String key, Response response) {
　　　　　　　　return response.rawData.length / 1024;
　　　　　　}
　　　　};

　　}

　　@Override
　　public Response get(String key) {
　　　　return mResponseCache.get(key);
　　}

　　@Override
　　public void put(String key, Response response) {
　　　　mResponseCache.put(key, response);
　　}

　　@Override
　　public void remove(String key) {
　　　　mResponseCache.remove(key);
　　}
}

优点

（1）降低复杂度。
（2）降低耦合度。
（3）增加稳定性。
面向对象六大原则在开发过程中极为重要，它们给灵活、可扩展的软件系统提供了更细粒度的指导原则。如果能够很好地将这些原则运用到项目中，再在一些合适的场景运用一些经过验证过的设计模式，那么开发出来的软件在一定程度上能够得到质量保证。其实这六大原则最终可以简化为几个关键词：抽象、单一职责、最小化。那么在实际开发过程中如何权衡、实践这些原则，也是需要大家在工作中不断地思考、摸索。

设计模式

设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。这个术语是由Erich Gamma等人在1990年从建筑设计领域引入到软件工程领域，从此设计模式在面向对象设计领域逐渐被重视起来。

设计模式并不直接用来完成代码的编写，而是描述在各种情况下要如何解决软件设计问题。面向对象设计模式通常以类或对象来描述其中的关系和相互作用，它们的相互作用能够使软件系统具有高内聚、低耦合的特性，并且使软件能够应对变化。

面向对象六大原则

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1 单一职责原则

2 里氏替换原则

3 依赖倒置原则

4 开闭原则

5 接口隔离原则

6 迪米特原则

3 依赖倒置原则

4 开闭原则

5 接口隔离原则

6 迪米特原则

设计模式

1　单一职责原则

2　里氏替换原则

3　依赖倒置原则

4　开闭原则

5　接口隔离原则

6　迪米特原则

3　依赖倒置原则

4　开闭原则

5　接口隔离原则

6　迪米特原则