CHARLIE SAYS

在软件开发中，前人对软件系统的设计和开发总结了一些原则和模式，不管用什么语言做开发，都将对系统设计和开发提供指导意义。面向对象的基本原则（SOLID）是五个，但经常被提到的还有迪米特法则和合成复用原则等，所以常见文章中也有写六大或七大原则的。

首字母	原则	一句话
S	单一职责原则（SRP）	一个类只做一件事，只有一个引起它变化的原因
O	开闭原则（OCP）	对扩展开放，对修改关闭
L	里氏替换原则（LSP）	任何基类可以出现的地方，子类也可以出现
I	接口隔离原则（ISP）	客户端不应该依赖那些它不需要的接口
D	依赖倒置原则（DIP）	要依赖抽象，而不要依赖具体的实现

S：单一职责原则（SRP）

Single-Responsibility Principle：一个类最好只做一件事，只有一个引起它变化的原因。单一职责原则可以看做是低耦合、高内聚在面向对象原则的引申，将职责定义为引起变化的原因，以提高内聚性、减少引起变化的原因。

定义：一个对象应该只包含单一的职责，并且该职责被完整地封装在一个类中（Every object should have a single responsibility, and that responsibility should be entirely encapsulated by the class），即有且仅有一个原因使类变更。

原则分析：

• 一个类（或者大到模块、小到方法）承担的职责越多，它被复用的可能性越小；如果一个类承担的职责过多，就相当于将这些职责耦合在一起，当其中一个职责变化时，可能会影响其他职责的运作
• 类的职责主要包括两个方面：数据职责通过其属性来体现，行为职责通过其方法来体现
• 单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针，在很多代码重构手法中都能找到它的存在。它是最简单但又最难运用的原则——需要设计人员发现类的不同职责并将其分离，而发现类的多重职责需要较强的分析设计能力和重构经验

优点：

• 降低类的复杂性，类的职责清晰明确（数据职责和行为职责清晰明确）
• 提高类的可读性和维护性
• 变更引起的风险降低：如果接口的单一职责做得好，一个接口修改只对相应的类有影响，对其他接口无影响

注意：“职责”和”变化原因”都没有具体标准——一个类到底要负责哪些职责？这些职责怎么细化？细化后是否都要有一个接口或类？这些需从实际情况考虑，因项目而异、因环境而异。

例子：SpringMVC 中 Entity、DAO、Service、Controller、Util 等的分离。

O：开闭原则（OCP）

Open-Closed Principle：对扩展开放，对修改关闭（设计模式的核心原则）。

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。一个好的系统是在不修改源代码的情况下，可以扩展你的功能，而实现开闭原则的关键就是抽象化。

原则分析：

• 当软件实体因需求变化时，尽量通过扩展已有软件实体来提供新的行为，满足新的需求，而不是修改已有的代码，使变化中的软件有一定的适应性和灵活性
• 已有软件模块（特别是最重要的抽象层模块）不能再修改，这使变化中的软件系统有一定的稳定性和延续性
• 不允许修改的是抽象的类或者接口，允许扩展的是具体的实现类——抽象类和接口在开闭原则中扮演着极其重要的角色。既要预知可能变化的需求，又要预见所有已知的扩展，所以”抽象化”是关键
• 可变性的封闭原则：找到系统的可变因素，将它封装起来，这是对开闭原则最好的实现。不要把可变因素放在多个类中或散落在程序各个角落；也不要把所有可变因素封装在一起——最好的办法是分块封装可变因素，避免超大类、超长类、超长方法的出现

例子：设计模式中模板方法模式和观察者模式都是开闭原则的极好体现（见本系列模板方法与观察者）。

L：里氏替换原则（LSP）

Liskov Substitution Principle：任何基类可以出现的地方，子类也可以出现。这一思想表现为对继承机制的约束规范，只有子类能够替换其基类时，才能够保证系统在运行期内识别子类，这是保证继承复用的基础。

定义（两种表述）：

• 严格定义：如果对每一个类型为 S 的对象 o1，都有类型为 T 的对象 o2，使得以 T 定义的所有程序 P 在所有的对象 o1 都代换成 o2 时，程序 P 的行为没有变化，那么类型 S 是类型 T 的子类型
• 通俗定义：所有引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象；子类在基类的基础上也能新增行为

（里氏替换原则由 2008 年图灵奖得主、美国第一位计算机科学女博士、MIT 教授 Barbara Liskov 和卡内基·梅隆大学 Jeannette Wing 教授于 1994 年提出。）

原则分析：

• 讲的是基类和子类的关系，只有这种关系存在时，里氏替换原则才存在。“正方形是长方形”是理解里氏替换原则的经典例子
• 把基类都替换成它的子类，程序将不会产生任何错误和异常；反过来则不成立——如果一个软件实体使用的是一个子类，那么它不一定能够使用基类
• 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一：在程序中尽量使用基类类型来对对象进行定义，而在运行时再确定其子类类型，用子类对象来替换父类对象

I：接口隔离原则（ISP）

Interface Segregation Principle：客户端不应该依赖那些它不需要的接口（这个法则与迪米特法则是相通的）。

定义：一旦一个接口太大，则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。注意这里的”接口”指的是所定义的方法——例如外部调用某个类的 public 方法，这个方法对外就是接口。

原则分析：

• 使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口；每一个接口应该承担一种相对独立的角色，不多不少，不干不该干的事，该干的事都要干
• 一个接口只代表一个角色，每个角色都有它特定的一个接口，此时该原则可以叫做”角色隔离原则”
• 接口仅仅提供客户端需要的行为，应当为客户端提供尽可能小的单独接口，而不要提供大的总接口
• 拆分接口时首先必须满足单一职责原则：将一组相关的操作定义在一个接口中，且在满足高内聚的前提下，接口中的方法越少越好
• 可以采用定制服务的方式：为不同的客户端提供宽窄不同的接口，只提供用户需要的行为，隐藏不需要的行为

D：依赖倒置原则（DIP）

Dependency-Inversion Principle：要依赖抽象，而不要依赖具体的实现。具体而言就是高层模块不依赖于底层模块，二者共同依赖于抽象；抽象不依赖于具体，具体依赖于抽象。

定义：

• 高层模块不应该依赖低层模块，它们都应该依赖抽象。抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象
• 简单地说：要针对接口编程，不针对实现编程

原则分析：

• 如果说开闭原则是面向对象设计的目标，依赖倒置原则就是到达”开闭”原则的手段；依赖倒置原则是对”抽象化”的最好规范，也可以说是里氏替换原则的补充
• 常用实现方式之一：在代码中使用抽象类，而将具体类放在配置文件中
• 类之间的耦合有三种：零耦合、具体耦合、抽象耦合。依赖倒置原则要求客户端以抽象方式耦合，这是该原则的关键

例子：理解依赖倒置，先明白面向对象设计中的依赖（Dependency）——一种使用关系，特定事物的改变有可能会影响到使用该事物的其他事物。大多数情况下，依赖关系体现在某个类的方法使用另一个类的对象作为参数。

某系统提供一个数据转换模块，可以将来自不同数据源的数据转换成多种格式：数据源可以是数据库（DatabaseSource）、文本文件（TextSource）；转换格式可以是 XML（XMLTransformer）、XLS（XLSTransformer）等。每增加一种新的数据源或文件格式，客户类 MainClass 都需要修改源代码——这违背了开闭原则，现使用依赖倒置原则重构：

/**
 * 依赖注入是依赖 AbstractSource 抽象注入的，而不是具体 DatabaseSource
 */
abstract class AbstractTransformer {
    private AbstractSource source;

    /**
     * 构造注入（Constructor Injection）：通过构造函数注入实例变量
     */
    public AbstractTransformer(AbstractSource source) {
        this.source = source;
    }

    /**
     * 设值注入（Setter Injection）：通过 Setter 方法注入实例变量
     */
    public void setSource(AbstractSource source) {
        this.source = source;
    }

    /**
     * 接口注入（Interface Injection）：通过接口方法注入实例变量
     */
    public void transform(AbstractSource source) {
        source.getSource();
        System.out.println("Transforming ...");
    }
}

依赖注入有以下三种方式：构造注入、设值注入、接口注入（见上方代码注释）。

其它原则

合成/聚合复用原则（CARP）

Composite/Aggregate Reuse Principle：要尽量使用对象组合，而不是继承关系达到软件复用的目的。经常又叫做合成复用原则（Composite Reuse Principle 或 CRP）。

定义：在一个新的对象里面使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分；新对象通过向这些对象的委派达到复用已有功能的目的。简而言之：要尽量使用合成/聚合，尽量不要使用继承。

原则分析：在面向对象设计中，可以通过两种基本方法在不同环境中复用已有的设计和实现：

方式	特点	别称
继承复用	实现简单，易于扩展；但破坏系统的封装性，从基类继承而来的实现是静态的，不可能在运行时发生改变，没有足够的灵活性，只能在有限的环境中使用	“白箱”复用
组合/聚合复用	聚合度相对较低，可选择性调用成员对象的操作，可以在运行时动态进行	“黑箱”复用

组合/聚合可以使系统更加灵活，类与类之间的耦合度降低，一个类的变化对其他类造成的影响相对较少，因此一般首选组合/聚合来实现复用；其次才考虑继承，且使用继承时需严格遵循里氏替换原则。

聚合和组合的区别：

• 组合（合成）：表示一个整体与部分的关系，指一个依托整体而存在的关系（整体与部分不可以分开）。比如眼睛和嘴对于头来说就是组合关系——没有了头就没有眼睛和嘴。UML 中用带实心菱形的直线表示
• 聚合：比组合弱的一种依赖关系，也表示整体与部分的关系（整体与部分可以分开）。比如螺丝和汽车玩具的关系——螺丝脱离玩具依然可以用在其他设备上。UML 中用带空心菱形的直线表示

（UML 类图的关系表示可参考 Java 基础 - 面向对象。）

迪米特法则（LoD）

Law of Demeter：系统中的类尽量不要与其他类互相作用，减少类之间的耦合度。又叫最少知识原则（Least Knowledge Principle，LKP）。

定义（几种形式）：

• 不要和”陌生人”说话（Don’t talk to strangers）
• 只与你的直接朋友通信（Talk only to your immediate friends）
• 每一个软件单位对其他的单位都只有最少的知识，而且局限于那些与本单位密切相关的软件单位

简单地说：一个对象应当对其他对象有尽可能少的了解。一个类应该对自己需要耦合或调用的类知道得最少——你的内部如何复杂都和我没关系，我只知道你提供的 public 方法，我就调用这么多，其他的一概不关心。

朋友类：对于一个对象，其”朋友”包括以下几类，满足之一即是朋友，否则是”陌生人”：

1. 当前对象本身（this）
2. 以参数形式传入到当前对象方法中的对象
3. 当前对象的成员对象
4. 如果当前对象的成员对象是一个集合，那么集合中的元素也都是朋友
5. 当前对象所创建的对象

狭义法则和广义法则：

• 狭义迪米特法则：如果两个类之间不必彼此直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作用；如果其中一个类需要调用另一个类的某一个方法，可以通过第三者转发这个调用。它可以降低类之间的耦合，但会在系统中增加大量的小方法并散落在各个角落；它可以使系统的局部设计简化，但也会造成不同模块之间的通信效率降低、不容易协调
• 广义迪米特法则：指对对象之间的信息流量、流向以及信息影响的控制，主要是对信息隐藏的控制。信息隐藏可以使各个子系统之间脱耦，从而允许它们独立地被开发、优化、使用和修改，同时促进软件的复用。系统的规模越大，信息隐藏就越重要

主要用途在于控制信息的过载：

• 在类的划分上，应当尽量创建松耦合的类，类之间的耦合度越低，就越有利于复用
• 在类的结构设计上，每一个类都应当尽量降低其成员变量和成员函数的访问权限
• 在类的设计上，只要有可能，一个类型应当设计成不变类
• 在对其他类的引用上，一个对象对其他对象的引用应当降到最低

例子：外观模式 Facade、中介者模式 Mediator 都是迪米特法则的应用。类与类之间相互作用越多，修改难度越大：A 类依赖 B 类、B 类依赖 C 类、C 类再依赖 D 类——修改 A 类时你要考虑 B 类是否受影响，B 类的影响是否又会波及 C 类。

面向对象设计的其他原则

• 封装变化
• 少用继承，多用组合
• 针对接口编程，不针对实现编程
• 为交互对象之间的松耦合设计而努力
• 类应该对扩展开放，对修改封闭（开闭 OCP 原则）
• 依赖抽象，不要依赖于具体类（依赖倒置 DIP 原则）
• 密友原则：只和朋友交谈（最少知识原则，迪米特法则）——将方法调用保持在界限内，只调用属于以下范围的方法：该对象本身（本地方法）、对象的组件、被当作方法参数传进来的对象、此方法创建或实例化的任何对象
• 别找我（调用我），我会找你（调用你）（好莱坞原则）
• 一个类只有一个引起它变化的原因（单一职责 SRP 原则）

Q&A

你能解释一下里氏替换原则吗？

严格定义见上文。通俗表述：所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象，即子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。它包含以下 4 层含义：

1. 子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法
2. 子类中可以增加自己特有的方法
3. 当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松
4. 当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格

什么情况下会违反迪米特法则？为什么会有这个问题？

迪米特法则建议”只和朋友说话，不要和陌生人说话”，以此来减少类之间的耦合——直接调用”陌生人”（朋友类之外的对象）的方法即违反该法则。

给我一个符合开闭原则的设计模式的例子？

开闭原则要求代码对扩展开放、对修改关闭：想增加新功能，可以在不改变已测试过的代码的前提下增加新代码。有好几个设计模式基于开闭原则，如策略模式——如果需要一个新的策略，只需实现接口、增加配置，不需要改变核心逻辑。一个正在工作的例子是 Collections.sort() 方法：它基于策略模式、遵循开闭原则，你不需为新的对象修改 sort() 方法，需要做的仅仅是实现自己的 Comparator 接口。

什么时候使用享元模式（蝇量模式）？

享元模式通过共享对象来避免创建太多的对象。使用享元模式需要确保你的对象是不可变的，这样才能安全地共享。JDK 中 String 池、Integer 池以及 Long 池都是很好地使用享元模式的例子。

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参考文章

• 设计模式六大原则
• 设计模式原则详解