大白話式聊聊設計模式中的開閉原則
一、前言
在面向?qū)ο蟮能浖O計中，只有盡量降低各個模塊之間的耦合度，才能提高代碼的復用率，系統(tǒng)的可維護性、可擴展性才能提高。面向?qū)ο蟮能浖O計中，有23種經(jīng)典的設計模式，是一套前人代碼設計經(jīng)驗的總結(jié)，如果把設計模式比作武功招式，那么設計原則就好比是內(nèi)功心法。常用的設計原則有七個，具體如下：
- 單一職責原則：專注降低類的復雜度，實現(xiàn)類要職責單一；
- 開放關閉原則：所有面向?qū)ο笤瓌t的核心，設計要對擴展開發(fā)，對修改關閉；
- 里式替換原則：實現(xiàn)開放關閉原則的重要方式之一，設計不要破壞繼承關系；
- 依賴倒置原則：系統(tǒng)抽象化的具體實現(xiàn)，要求面向接口編程，是面向?qū)ο笤O計的主要實現(xiàn)機制之一；
- 接口隔離原則：要求接口的方法盡量少，接口盡量細化；
- 迪米特法則：降低系統(tǒng)的耦合度，使一個模塊的修改盡量少的影響其他模塊，擴展會相對容易；
- 組合復用原則：在軟件設計中，盡量使用組合/聚合而不是繼承達到代碼復用的目的。
這些設計原則并不說我們一定要遵循他們來進行設計，而是根據(jù)我們的實際情況去怎么去選擇使用他們，來讓我們的程序做的更加的完善。
今天我們就來聊聊其中的單一職責原則和開閉原則實現(xiàn)理念，歡迎大家在評論區(qū)留言，一起探討。
二、單一職責原則
單一職責原則，簡單的說：就一個類而言，應該僅有一個引起它變化的原因，通俗的說，就是一個類只負責一項職責。
此原則的核心就是解耦和增強內(nèi)聚性
那么為什么要使用單一職責原則：
如果一個類承擔的職責過多，就等于把這些職責耦合在一起，一個職責的變化可能會削弱或者抑制這個類完成其他職責的能力。這種耦合會導致脆弱的設計。
這也是他的優(yōu)點，我們總結(jié)一下：
- 降低類的復雜度；
- 提高類的可讀性，提高系統(tǒng)的可維護性；
- 降低變更引起的風險（降低對其他功能的影響）。
我們來舉一些簡單的例子來說明一下這個單一職責原則
//我們用動物生活來做測試
class Animal{
public void breathe(String animal){
System.out.println(animal+"生活在陸地上");
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
Animal animal = new Animal();
animal.breathe("羊");
animal.breathe("牛");
animal.breathe("豬");
}
}運行結(jié)果：
羊生活在陸地上
牛生活在陸地上
豬生活在陸地上但是問題來了，動物并不是都生活在陸地上的，魚就是生活在水中的，修改時如果遵循單一職責原則，需要將 Animal 類細分為陸生動物類 Terrestrial，水生動物 Aquatic，代碼如下：
class Terrestrial{
public void breathe(String animal){
System.out.println(animal+"生活在陸地上");
}
}
class Aquatic{
public void breathe(String animal){
System.out.println(animal+"生活在水里");
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
Terrestrial terrestrial = new Terrestrial();
terrestrial.breathe("羊");
terrestrial.breathe("牛");
terrestrial.breathe("豬");
Aquatic aquatic = new Aquatic();
aquatic.breathe("魚");
}
}運行結(jié)果：
羊生活在陸地上
牛生活在陸地上
豬生活在陸地上
魚生活在水里但是問題來了如果這樣修改花銷是很大的，除了將原來的類分解之外，還需要修改客戶端。而直接修改類 Animal 來達成目的雖然違背了單一職責原則，但花銷卻小的多，代碼如下：
class Animal{
public void breathe(String animal){
if("魚".equals(animal)){
System.out.println(animal+"生活在水中");
}else{
System.out.println(animal+"生活在陸地上");
}
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
Animal animal = new Animal();
animal.breathe("羊");
animal.breathe("牛");
animal.breathe("豬");
animal.breathe("魚");
}
}可以看到，這種修改方式要簡單的多。但是卻存在著隱患：有一天需要將魚分為生活在淡水中的魚和生活在海水的魚，則又需要修改 Animal 類的 breathe 方法，而對原有代碼的修改會對調(diào)用“豬”“?！薄把颉钡认嚓P功能帶來風險，也許某一天你會發(fā)現(xiàn)程序運行的結(jié)果變?yōu)椤芭Ｉ钤谒小绷恕?/p>
這種修改方式直接在代碼級別上違背了單一職責原則，雖然修改起來最簡單，但隱患卻是最大的。還有一種修改方式：
class Animal{
public void breathe(String animal){
System.out.println(animal+"生活在陸地上");
}
public void breathe2(String animal){
System.out.println(animal+"生活在水中");
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
Animal animal = new Animal();
animal.breathe("牛");
animal.breathe("羊");
animal.breathe("豬");
animal.breathe2("魚");
}
}可以看到，這種修改方式?jīng)]有改動原來的方法，而是在類中新加了一個方法，這樣雖然也違背了單一職責原則，但在方法級別上卻是符合單一職責原則的，因為它并沒有動原來方法的代碼。
這三種方式各有優(yōu)缺點，那么在實際編程中，采用哪一中呢？其實這真的比較難說，需要根據(jù)實際情況來確定。我的原則是：只有邏輯足夠簡單，才可以在代碼級別上違反單一職責原則；只有類中方法數(shù)量足夠少，才可以在方法級別上違反單一職責原則；
例如本文所舉的這個例子，它太簡單了，它只有一個方法，所以，無論是在代碼級別上違反單一職責原則，還是在方法級別上違反，都不會造成太大的影響。實際應用中的類都要復雜的多，一旦發(fā)生職責擴散而需要修改類時，除非這個類本身非常簡單，否則還是遵循單一職責原則的好。
以上就是我所說的單一職責原則了，很多書中介紹的說它并不屬于面向?qū)ο笤O計原則中的一種，但是我認為它是，所以我就把他解釋出來了。
三、開放關閉原則
開放關閉原則又稱為開放封閉原則。
簡單的說：一個軟件實體應該對擴展開放，對修改關閉，這個原則也是說，在設計一個模塊的時候，應當使這個模塊可以在不被修改的前提下被擴展，換句話說，應當可以在不必修改源碼的情況下改變這個模塊的行為。
這句話其實剛開始看上去是有些矛盾的，接下來在我后邊文章解釋里面，我會把他解釋清楚一點。
我們先用個比較好玩的例子來說一下。
西游記大家都看過，玉帝招安孫悟空的時候的橋段，大家還有沒有印象？
當年大鬧天宮的時候美猴王對玉皇大帝做了個挑戰(zhàn)，美猴王說：皇帝輪流做，明年到我家，只叫他搬出去，將天宮讓給我，對于這個挑戰(zhàn)，太白金星給玉皇大帝提了個意見，我們把它招上來，給他個小官做，他不就不鬧事了？
換一句話說，不用興師動眾的，不破壞天庭的規(guī)矩這就是閉，但是收他為官，便是開，招安的方法便是符合開閉原則的，給他個‘弼馬溫’的官，便可以讓這個系統(tǒng)正常不受威脅，是吧，何樂而不為？我給大家畫個圖。
圖片
招安的方法的關鍵就是不允許更改現(xiàn)有的天庭秩序，但是允許將妖猴納入現(xiàn)有的秩序中，從而擴展了這個秩序，用面向?qū)ο蟮恼Z言來說：不允許更改的是系統(tǒng)的抽象層，而允許擴展的是系統(tǒng)的實現(xiàn)層。
我們寫一些簡單的代碼來進行一個完整的展示來進行一下理解。
//書店賣書
interface Books{
//書籍名稱
public Sting getName();
//書籍價格
public int getPrice();
//書籍作者
public String getAuthor();
}
public class NovelBook implements Books {
private String name;
private int price;
private String author;
public NovelBook(String name, int price, String author) {
this.name = name;
this.price = price;
this.author = author;
}
@Override
public String getName() {
return name;
}
@Override
public int getPrice() {
return price;
}
@Override
public String getAuthor() {
return author;
}
}以上的代碼是數(shù)據(jù)的實現(xiàn)類和書籍的類別；
下面我們將要開始對書籍進行一個售賣活動：
public class BookStore {
private final static ArrayList<Books> sBookList = new ArrayList<Books>();
static {
sBookList.add(new NovelBook("天龍八部", 4400, "金庸"));
sBookList.add(new NovelBook("射雕英雄傳", 7600, "金庸"));
sBookList.add(new NovelBook("鋼鐵是怎么煉成的", 7500, "保爾·柯查金"));
sBookList.add(new NovelBook("紅樓夢", 3300, "曹雪芹"));
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
NumberFormat format = NumberFormat.getCurrencyInstance();
format.setMaximumFractionDigits(2);
System.out.println("----書店賣出去的書籍記錄如下---");
for (Books book : sBookList) {
System.out.println("書籍名稱:" + book.getName()
+ "\t書籍作者:" + book.getAuthor()
+ "\t書籍價格:" + format.format(book.getPrice() / 100.00) + "元");
}
}
}運行結(jié)果如下：
D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\bin\java.exe "-javaagent:D:\develop\IDEA\IntelliJ IDEA 2018.2.4\lib\idea_rt.jar=62787:D:\develop\IDEA\IntelliJ IDEA 2018.2.4\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\charsets.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\deploy.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\cldrdata.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\dnsns.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\jaccess.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\jfxrt.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\localedata.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\nashorn.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\sunec.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\zipfs.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\javaws.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\jce.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\jfr.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\jfxswt.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\jsse.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\management-agent.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\plugin.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\resources.jar;D:\develop\JDK8\jdk1.8.0_181\jre\lib\rt.jar;D:\develop\IDEA_Workspace\CloudCode\out\production\PattemMoudle com.yldyyn.test.BookStore
----書店賣出去的書籍記錄如下---
書籍名稱:天龍八部 書籍作者:金庸 書籍價格:￥44.00元
書籍名稱:射雕英雄傳 書籍作者:金庸 書籍價格:￥76.00元
書籍名稱:鋼鐵是怎么煉成的 書籍作者:保爾·柯查金 書籍價格:￥75.00元
書籍名稱:紅樓夢 書籍作者:曹雪芹 書籍價格:￥33.00元
Process finished with exit code 0但是如果說現(xiàn)在書店賣書的時候要求打折出售，40以上的我們要7折售賣，40以下的我們打8折。
方法有三種，第一個辦法：修改接口。在 Books 上新增加一個方法 getOnSalePrice()，專門進行打折，所有實現(xiàn)類實現(xiàn)這個方法。但是這樣修改的后果就是實現(xiàn)類 NovelBook 要修改, BookStore 中的 main 方法也修改，同時 Books 作為接口應該是穩(wěn)定且可靠的，不應該經(jīng)常發(fā)生變化，否則接口做為契約的作用就失去了效能，其他不想打折的書籍也會因為實現(xiàn)了書籍的接口必須打折，因此該方案被否定。
第二個辦法：修改實現(xiàn)類。修改 NovelBook 類中的方法，直接在 getPrice() 中實現(xiàn)打折處理，這個應該是大家在項目中經(jīng)常使用的就是這樣辦法，通過 class 文件替換的方式可以完成部分業(yè)務（或是缺陷修復）變化，但是該方法還是有缺陷的，例如采購書籍人員也是要看價格的，由于該方法已經(jīng)實現(xiàn)了打折處理價格，因此采購人員看到的也是打折后的價格，這就產(chǎn)生了信息的蒙蔽效果，導致信息不對稱而出現(xiàn)決策失誤的情況。該方案也不是一個最優(yōu)的方案。
第三個辦法，通過擴展實現(xiàn)變化增加一個子類 OffNovelBook，覆寫 getPrice 方法，高層次的模塊（也就是 static 靜態(tài)模塊區(qū)）通過 OffNovelBook 類產(chǎn)生新的對象，完成對業(yè)務變化開發(fā)任務。好辦法，風險也小。
public class OnSaleBook extends NovelBook {
public OnSaleBook(String name, int price, String author) {
super(name, price, author);
}
@Override
public String getName() {
return super.getName();
}
@Override
public int getPrice() {
int OnsalePrice = super.getPrice();
int salePrce = 0;
if (OnsalePrice >4000){
salePrce = OnsalePrice * 70/100;
}else{
salePrce = OnsalePrice * 80/100;
}
return salePrce;
}
@Override
public String getAuthor() {
return super.getAuthor();
}
}上面的代碼是擴展出來的一個類，而不是在原來的類中進行的修改。
public class BookStore {
private final static ArrayList<Books> sBookList = new ArrayList<Books>();
static {
sBookList.add(new OnSaleBook("天龍八部", 4400, "金庸"));
sBookList.add(new OnSaleBook("射雕英雄傳", 7600, "金庸"));
sBookList.add(new OnSaleBook("鋼鐵是怎么煉成的", 7500, "保爾·柯查金"));
sBookList.add(new OnSaleBook("紅樓夢", 3300, "曹雪芹"));
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
NumberFormat format = NumberFormat.getCurrencyInstance();
format.setMaximumFractionDigits(2);
System.out.println("----書店賣出去的書籍記錄如下---");
for (Books book : sBookList) {
System.out.println("書籍名稱:" + book.getName()
+ "\t書籍作者:" + book.getAuthor()
+ "\t書籍價格:" + format.format(book.getPrice() / 100.00) + "元");
}
}
}結(jié)果展示：
----書店賣出去的書籍記錄如下---
書籍名稱:天龍八部 書籍作者:金庸 書籍價格:￥30.80元
書籍名稱:射雕英雄傳 書籍作者:金庸 書籍價格:￥53.20元
書籍名稱:鋼鐵是怎么煉成的 書籍作者:保爾·柯查金 書籍價格:￥52.50元
書籍名稱:紅樓夢 書籍作者:曹雪芹 書籍價格:￥26.40元
Process finished with exit code 0在開閉原則中，抽象化是一個關鍵，解決問題的關鍵在于抽象化，在 JAVA 語言這種面向?qū)ο蟮恼Z言中，可以給系統(tǒng)定義出一個一勞永逸的，不再更改的抽象化的設計，此設計允許擁有無窮無盡的實現(xiàn)層被實現(xiàn)。
在 JAVA 語言中，可以給出一個或者多個抽象的 JAVA 類或者是JAVA接口，規(guī)定所有的具體類必須提供方法特征作為系統(tǒng)設計的抽象層，這個抽象層會遇見所有的可能出現(xiàn)的擴展，因此，在任何擴展情況下都不回去改變，這就讓系統(tǒng)的抽象層不需要修改，從而滿足開閉原則的第二條，對修改進行閉合。
同時，從抽象層里面導出一個或者多個新的具體類可以改變系統(tǒng)的行為，這樣就滿足了開閉原則的第一條。
盡管很多時候我們無法百分百的做到開閉原則，但是如果向著這個方向去努力，就能夠有部分的成功，這也是可以改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的。
