設計模式的七大設計原則解讀

設計模式一共有七大設計原則,其中包括開閉原則,單一職責原則,里氏替換原則,依賴導致原則,接口隔離原則,迪米特法則,合成複用原則。

一、開閉原則(Open Close Principle)

       開閉原則是設計模式的總原則,開閉原則簡單來說就是:對擴展開放,對修改關閉。

      1. 如何理解“對擴展開放、對修改關閉”?

         添加一個新的功能,應該是通過在已有代碼基礎上擴展代碼(新增模塊、類、方法、屬性等),而非修改已有代碼(修改模塊、類、方法、屬性等)的方式來完成。關於定義,我們有兩點要注意。第一點是,開閉原則並不是說完全杜絕修改,而是以最小的修改代碼的代價來完成新功能的開發。第二點是,同樣的代碼改動,在粗代碼粒度下,可能被認定爲“修改”;在細代碼粒度下,可能又被認定爲“擴展”。

     2. 如何做到“對擴展開放、修改關閉”?

        我們要時刻具備擴展意識、抽象意識、封裝意識。在寫代碼的時候,我們要多花點時間思考一下,這段代碼未來可能有哪些需求變更,如何設計代碼結構,事先留好擴展點,以便在未來需求變更的時候,在不改動代碼整體結構、做到最小代碼改動的情況下,將新的代碼靈活地插入到擴展點上。

        很多設計原則、設計思想、設計模式,都是以提高代碼的擴展性爲最終目的的。特別是 23 種經典設計模式,大部分都是爲了解決代碼的擴展性問題而總結出來的,都是以開閉原則爲指導原則的。最常用來提高代碼擴展性的方法有:多態、依賴注入、基於接口而非實現編程,以及大部分的設計模式(比如,裝飾、策略、模板、職責鏈、狀態)

二.單一職責原則(Single Responsibility Principle)

 單一職責原則簡單來說就是保證設計類,接口,方法的時做到功能單一權責分明。

1. 如何理解單一職責原則(SRP)?

       一個類只負責完成一個職責或者功能。不要設計大而全的類,要設計粒度小、功能單一的類。單一職責原則是爲了實現代碼高內聚、低耦合,提高代碼的複用性、可讀性、可維護性。

2. 如何判斷類的職責是否足夠單一?

       不同的應用場景、不同階段的需求背景、不同的業務層面,對同一個類的職責是否單一,可能會有不同的判定結果。實際上,一些側面的判斷指標更具有指導意義和可執行性,比如,出現下面這些情況就有可能說明這類的設計不滿足單一職責原則:

  • 類中的代碼行數、函數或者屬性過多;
  • 類依賴的其他類過多,或者依賴類的其他類過多;
  • 私有方法過多;
  • 比較難給類起一個合適的名字;
  • 類中大量的方法都是集中操作類中的某幾個屬性。

3. 類的職責是否設計得越單一越好?

單一職責原則通過避免設計大而全的類,避免將不相關的功能耦合在一起,來提高類的內聚性。同時,類職責單一,類依賴的和被依賴的其他類也會變少,減少了代碼的耦合性,以此來實現代碼的高內聚、低耦合。但是,如果拆分得過細,實際上會適得其反,反倒會降低內聚性,也會影響代碼的可維護性。

三、里氏代換原則(Liskov Substitution Principle)

        裏式替換原則是用來指導,繼承關係中子類該如何設計的一個原則。理解裏式替換原則,最核心的就是理解“design by contract,按照協議來設計”這幾個字。父類定義了函數的“約定”(或者叫協議),那子類可以改變函數的內部實現邏輯,但不能改變函數原有的“約定”。這裏的約定包括:函數聲明要實現的功能;對輸入、輸出、異常的約定;甚至包括註釋中所羅列的任何特殊說明。

        理解這個原則,我們還要弄明白裏式替換原則跟多態的區別。雖然從定義描述和代碼實現上來看,多態和裏式替換有點類似,但它們關注的角度是不一樣的。多態是面向對象編程的一大特性,也是面向對象編程語言的一種語法。它是一種代碼實現的思路。而裏式替換是一種設計原則,用來指導繼承關係中子類該如何設計,子類的設計要保證在替換父類的時候,不改變原有程序的邏輯及不破壞原有程序的正確性。

 

四、依賴倒轉原則(Dependence Inversion Principle)

這個原則是開閉原則的基礎,具體內容:針對接口編程,依賴於抽象而不依賴於具體。

理解好這個原則需要理解下面幾個概念:

1. 控制反轉

     實際上,控制反轉是一個比較籠統的設計思想,並不是一種具體的實現方法,一般用來指導框架層面的設計。這裏所說的“控制”指的是對程序執行流程的控制,而“反轉”指的是在沒有使用框架之前,程序員自己控制整個程序的執行。在使用框架之後,整個程序的執行流程通過框架來控制。流程的控制權從程序員“反轉”給了框架。

2. 依賴注入

       依賴注入和控制反轉恰恰相反,它是一種具體的編碼技巧。我們不通過 new 的方式在類內部創建依賴類的對象,而是將依賴的類對象在外部創建好之後,通過構造函數、函數參數等方式傳遞(或注入)給類來使用。

3. 依賴注入框架

      我們通過依賴注入框架提供的擴展點,簡單配置一下所有需要的類及其類與類之間依賴關係,就可以實現由框架來自動創建對象、管理對象的生命週期、依賴注入等原本需要程序員來做的事情。

4. 依賴反轉原則

      依賴反轉原則也叫作依賴倒置原則。這條原則跟控制反轉有點類似,主要用來指導框架層面的設計。高層模塊不依賴低層模塊,它們共同依賴同一個抽象。抽象不要依賴具體實現細節,具體實現細節依賴抽象

五、接口隔離原則(Interface Segregation Principle)

這個原則的意思是:使用多個隔離的接口,比使用單個接口要好。

1. 如何理解“接口隔離原則”?

理解“接口隔離原則”的重點是理解其中的“接口”二字。這裏有三種不同的理解:

       如果把“接口”理解爲一組接口集合,可以是某個微服務的接口,也可以是某個類庫的接口等。如果部分接口只被部分調用者使用,我們就需要將這部分接口隔離出來,單獨給這部分調用者使用,而不強迫其他調用者也依賴這部分不會被用到的接口。

      如果把“接口”理解爲單個 API 接口或函數,部分調用者只需要函數中的部分功能,那我們就需要把函數拆分成粒度更細的多個函數,讓調用者只依賴它需要的那個細粒度函數。

      如果把“接口”理解爲 OOP 中的接口,也可以理解爲面向對象編程語言中的接口語法。那接口的設計要儘量單一,不要讓接口的實現類和調用者,依賴不需要的接口函數。

2. 接口隔離原則與單一職責原則的區別

       單一職責原則針對的是模塊、類、接口的設計。接口隔離原則相對於單一職責原則,一方面更側重於接口的設計,另一方面它的思考角度也是不同的。接口隔離原則提供了一種判斷接口的職責是否單一的標準:通過調用者如何使用接口來間接地判定。如果調用者只使用部分接口或接口的部分功能,那接口的設計就不夠職責單一。

六、迪米特法則,又稱最少知道原則(Demeter Principle)

最少知道原則是指:一個實體應當儘量少地與其他實體之間發生相互作用,使得系統功能模塊相對獨立。

1. 如何理解“高內聚、鬆耦合”?

       “高內聚、鬆耦合”是一個非常重要的設計思想,能夠有效提高代碼的可讀性和可維護性,縮小功能改動導致的代碼改動範圍。“高內聚”用來指導類本身的設計,“鬆耦合”用來指導類與類之間依賴關係的設計。所謂高內聚,就是指相近的功能應該放到同一個類中,不相近的功能不要放到同一類中。相近的功能往往會被同時修改,放到同一個類中,修改會比較集中。所謂鬆耦合指的是,在代碼中,類與類之間的依賴關係簡單清晰。即使兩個類有依賴關係,一個類的代碼改動也不會或者很少導致依賴類的代碼改動。

2. 如何理解“迪米特法則”?

       不該有直接依賴關係的類之間,不要有依賴;有依賴關係的類之間,儘量只依賴必要的接口。迪米特法則是希望減少類之間的耦合,讓類越獨立越好。每個類都應該少了解系統的其他部分。一旦發生變化,需要了解這一變化的類就會比較少。

七、合成複用原則(Composite Reuse Principle)

合成複用原則是指:儘量使用合成/聚合的方式,而不是使用繼承。

1. 爲什麼不推薦使用繼承?

繼承是面向對象的四大特性之一,用來表示類之間的 is-a 關係,可以解決代碼複用的問題。雖然繼承有諸多作用,但繼承層次過深、過複雜,也會影響到代碼的可維護性。在這種情況下,我們應該儘量少用,甚至不用繼承。

2. 組合相比繼承有哪些優勢?

繼承主要有三個作用:表示 is-a 關係,支持多態特性,代碼複用。而這三個作用都可以通過組合、接口、委託三個技術手段來達成。除此之外,利用組合還能解決層次過深、過複雜的繼承關係影響代碼可維護性的問題。

3. 如何判斷該用組合還是繼承?

儘管我們鼓勵多用組合少用繼承,但組合也並不是完美的,繼承也並非一無是處。在實際的項目開發中,我們還是要根據具體的情況,來選擇該用繼承還是組合。如果類之間的繼承結構穩定,層次比較淺,關係不復雜,我們就可以大膽地使用繼承。反之,我們就儘量使用組合來替代繼承。除此之外,還有一些設計模式、特殊的應用場景,會固定使用繼承或者組合。

 

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