設計模式原則4：接口隔離原則

　　定義：客戶端不應該依賴它不需要的接口;一個類對另一個類的依賴應該建立在最小的接口上。

　　問題由來：類A通過接口I依賴類B，類C通過接口I依賴類D，如果接口I對于類A和類B來說不是最小接口，則類B和類D必須去實現他們不需要的方法。

　　解決方案：將臃腫的接口I拆分為獨立的幾個接口，類A和類C分別與他們需要的接口建立依賴關系。也就是采用接口隔離原則。

　　舉例來說明接口隔離原則：

　　(圖1 未遵循接口隔離原則的設計)

　　這個圖的意思是：類A依賴接口I中的方法1、方法2、方法3，類B是對類A依賴的實現。類C依賴接口I中的方法1、方法4、方法5，類D是對類C依賴的實現。對于類B和類D來說，雖然他們都存在著用不到的方法(也就是圖中紅色字體標記的方法)，但由于實現了接口I，所以也必須要實現這些用不到的方法。對類圖不熟悉的可以參照程序代碼來理解，代碼如下：

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("類B實現接口I的方法1");
	}
	public void method2() {
		System.out.println("類B實現接口I的方法2");
	}
	public void method3() {
		System.out.println("類B實現接口I的方法3");
	}
	//對于類B來說，method4和method5不是必需的，但是由于接口A中有這兩個方法，
	//所以在實現過程中即使這兩個方法的方法體為空，也要將這兩個沒有作用的方法進行實現。
	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("類D實現接口I的方法1");
	}
	//對于類D來說，method2和method3不是必需的，但是由于接口A中有這兩個方法，
	//所以在實現過程中即使這兩個方法的方法體為空，也要將這兩個沒有作用的方法進行實現。
	public void method2() {}
	public void method3() {}

	public void method4() {
		System.out.println("類D實現接口I的方法4");
	}
	public void method5() {
		System.out.println("類D實現接口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，如果接口過于臃腫，只要接口中出現的方法，不管對依賴于它的類有沒有用處，實現類中都必須去實現這些方法，這顯然不是好的設計。如果將這個設計修改為符合接口隔離原則，就必須對接口I進行拆分。在這里我們將原有的接口I拆分為三個接口，拆分后的設計如圖2所示：

　　(圖2 遵循接口隔離原則的設計)

　　照例貼出程序的代碼，供不熟悉類圖的朋友參考：

 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("類B實現接口I1的方法1");
	}
	public void method2() {
		System.out.println("類B實現接口I2的方法2");
	}
	public void method3() {
		System.out.println("類B實現接口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("類D實現接口I1的方法1");
	}
	public void method4() {
		System.out.println("類D實現接口I3的方法4");
	}
	public void method5() {
		System.out.println("類D實現接口I3的方法5");
	}
} 

　　接口隔離原則的含義是：建立單一接口，不要建立龐大臃腫的接口，盡量細化接口，接口中的方法盡量少。也就是說，我們要為各個類建立專用的接口，而不要試圖去建立一個很龐大的接口供所有依賴它的類去調用。本文例子中，將一個龐大的接口變更為3個專用的接口所采用的就是接口隔離原則。在程序設計中，依賴幾個專用的接口要比依賴一個綜合的接口更靈活。接口是設計時對外部設定的“契約”，通過分散定義多個接口，可以預防外來變更的擴散，提高系統(tǒng)的靈活性和可維護性。

　　說到這里，很多人會覺的接口隔離原則跟之前的單一職責原則很相似，其實不然。其一，單一職責原則原注重的是職責;而接口隔離原則注重對接口依賴的隔離。其二，單一職責原則主要是約束類，其次才是接口和方法，它針對的是程序中的實現和細節(jié);而接口隔離原則主要約束接口接口，主要針對抽象，針對程序整體框架的構建。

　　采用接口隔離原則對接口進行約束時，要注意以下幾點：

　　接口盡量小，但是要有限度。對接口進行細化可以提高程序設計靈活性是不掙的事實，但是如果過小，則會造成接口數量過多，使設計復雜化。所以一定要適度。

　　為依賴接口的類定制服務，只暴露給調用的類它需要的方法，它不需要的方法則隱藏起來。只有專注地為一個模塊提供定制服務，才能建立最小的依賴關系。

　　提高內聚，減少對外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

　　運用接口隔離原則，一定要適度，接口設計的過大或過小都不好。設計接口的時候，只有多花些時間去思考和籌劃，才能準確地實踐這一原則。

　　設計模式原則5：迪米特法則

　　定義：一個對象應該對其他對象保持最少的了解。

　　問題由來：類與類之間的關系越密切，耦合度越大，當一個類發(fā)生改變時，對另一個類的影響也越大。

　　解決方案：盡量降低類與類之間的耦合。

　　自從我們接觸編程開始，就知道了軟件編程的總的原則：低耦合，高內聚。無論是面向過程編程還是面向對象編程，只有使各個模塊之間的耦合盡量的低，才能提高代碼的復用率。低耦合的優(yōu)點不言而喻，但是怎么樣編程才能做到低耦合呢?那正是迪米特法則要去完成的。

　　迪米特法則又叫最少知道原則，最早是在1987年由美國Northeastern University的Ian Holland提出。通俗的來講，就是一個類對自己依賴的類知道的越少越好。也就是說，對于被依賴的類來說，無論邏輯多么復雜，都盡量地的將邏輯封裝在類的內部，對外除了提供的public方法，不對外泄漏任何信息。迪米特法則還有一個更簡單的定義：只與直接的朋友通信。首先來解釋一下什么是直接的朋友：每個對象都會與其他對象有耦合關系，只要兩個對象之間有耦合關系，我們就說這兩個對象之間是朋友關系。耦合的方式很多，依賴、關聯(lián)、組合、聚合等。其中，我們稱出現成員變量、方法參數、方法返回值中的類為直接的朋友，而出現在局部變量中的類則不是直接的朋友。也就是說，陌生的類最好不要作為局部變量的形式出現在類的內部。

　　舉一個例子：有一個集團公司，下屬單位有分公司和直屬部門，現在要求打印出所有下屬單位的員工ID。先來看一下違反迪米特法則的設計。

 //總公司員工
class Employee{
	private String id;
	public void setId(String id){
		this.id = id;
	}
	public String getId(){
		return id;
	}
}

//分公司員工
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();
			//為分公司人員按順序分配一個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();
			//為總公司人員按順序分配一個ID
			emp.setId("總公司"+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());
	}
} 

　　現在這個設計的主要問題出在CompanyManager中，根據迪米特法則，只與直接的朋友發(fā)生通信，而SubEmployee類并不是CompanyManager類的直接朋友(以局部變量出現的耦合不屬于直接朋友)，從邏輯上講總公司只與他的分公司耦合就行了，與分公司的員工并沒有任何聯(lián)系，這樣設計顯然是增加了不必要的耦合。按照迪米特法則，應該避免類中出現這樣非直接朋友關系的耦合。修改后的代碼如下:

class SubCompanyManager{
	public List<SubEmployee> getAllEmployee(){
		List<SubEmployee> list = new ArrayList<SubEmployee>();
		for(int i=0; i<100; i++){
			SubEmployee emp = new SubEmployee();
			//為分公司人員按順序分配一個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();
			//為總公司人員按順序分配一個ID
			emp.setId("總公司"+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，為分公司增加了打印人員ID的方法，總公司直接調用來打印，從而避免了與分公司的員工發(fā)生耦合。

　　迪米特法則的初衷是降低類之間的耦合，由于每個類都減少了不必要的依賴，因此的確可以降低耦合關系。但是凡事都有度，雖然可以避免與非直接的類通信，但是要通信，必然會通過一個“中介”來發(fā)生聯(lián)系，例如本例中，總公司就是通過分公司這個“中介”來與分公司的員工發(fā)生聯(lián)系的。過分的使用迪米特原則，會產生大量這樣的中介和傳遞類，導致系統(tǒng)復雜度變大。所以在采用迪米特法則時要反復權衡，既做到結構清晰，又要高內聚低耦合。

　　設計模式原則6：開閉原則

　　定義：一個軟件實體如類、模塊和函數應該對擴展開放，對修改關閉。

　　問題由來：在軟件的生命周期內，因為變化、升級和維護等原因需要對軟件原有代碼進行修改時，可能會給舊代碼中引入錯誤，也可能會使我們不得不對整個功能進行重構，并且需要原有代碼經過重新測試。

　　解決方案：當軟件需要變化時，盡量通過擴展軟件實體的行為來實現變化，而不是通過修改已有的代碼來實現變化。

　　開閉原則是面向對象設計中最基礎的設計原則，它指導我們如何建立穩(wěn)定靈活的系統(tǒng)。開閉原則可能是設計模式六項原則中定義最模糊的一個了，它只告訴我們對擴展開放，對修改關閉，可是到底如何才能做到對擴展開放，對修改關閉，并沒有明確的告訴我們。以前，如果有人告訴我“你進行設計的時候一定要遵守開閉原則”，我會覺的他什么都沒說，但貌似又什么都說了。因為開閉原則真的太虛了。

　　在仔細思考以及仔細閱讀很多設計模式的文章后，終于對開閉原則有了一點認識。其實，我們遵循設計模式前面5大原則，以及使用23種設計模式的目的就是遵循開閉原則。也就是說，只要我們對前面5項原則遵守的好了，設計出的軟件自然是符合開閉原則的，這個開閉原則更像是前面五項原則遵守程度的“平均得分”，前面5項原則遵守的好，平均分自然就高，說明軟件設計開閉原則遵守的好;如果前面5項原則遵守的不好，則說明開閉原則遵守的不好。

　　其實筆者認為，開閉原則無非就是想表達這樣一層意思：用抽象構建框架，用實現擴展細節(jié)。因為抽象靈活性好，適應性廣，只要抽象的合理，可以基本保持軟件架構的穩(wěn)定。而軟件中易變的細節(jié)，我們用從抽象派生的實現類來進行擴展，當軟件需要發(fā)生變化時，我們只需要根據需求重新派生一個實現類來擴展就可以了。當然前提是我們的抽象要合理，要對需求的變更有前瞻性和預見性才行。

　　說到這里，再回想一下前面說的5項原則，恰恰是告訴我們用抽象構建框架，用實現擴展細節(jié)的注意事項而已：單一職責原則告訴我們實現類要職責單一;里氏替換原則告訴我們不要破壞繼承體系;依賴倒置原則告訴我們要面向接口編程;接口隔離原則告訴我們在設計接口的時候要精簡單一;迪米特法則告訴我們要降低耦合。而開閉原則是總綱，他告訴我們要對擴展開放，對修改關閉。

　　最后說明一下如何去遵守這六個原則。對這六個原則的遵守并不是是和否的問題，而是多和少的問題，也就是說，我們一般不會說有沒有遵守，而是說遵守程度的多少。任何事都是過猶不及，設計模式的六個設計原則也是一樣，制定這六個原則的目的并不是要我們刻板的遵守他們，而需要根據實際情況靈活運用。對他們的遵守程度只要在一個合理的范圍內，就算是良好的設計。我們用一幅圖來說明一下。

　　圖中的每一條維度各代表一項原則，我們依據對這項原則的遵守程度在維度上畫一個點，則如果對這項原則遵守的合理的話，這個點應該落在紅色的同心圓內部;如果遵守的差，點將會在小圓內部;如果過度遵守，點將會落在大圓外部。一個良好的設計體現在圖中，應該是六個頂點都在同心圓中的六邊形。

　　在上圖中，設計1、設計2屬于良好的設計，他們對六項原則的遵守程度都在合理的范圍內;設計3、設計4設計雖然有些不足，但也基本可以接受;設計5則嚴重不足，對各項原則都沒有很好的遵守;而設計6則遵守過渡了，設計5和設計6都是迫切需要重構的設計。

　　到這里，設計模式的六大原則就寫完了。主要參考書籍有《設計模式》《設計模式之禪》《大話設計模式》以及網上一些零散的文章，但主要內容主要還是我本人對這六個原則的感悟。寫出來的目的一方面是對這六項原則系統(tǒng)地整理一下，一方面也與廣大的網友分享，因為設計模式對編程人員來說，的確非常重要。正如有句話叫做一千個讀者眼中有一千個哈姆雷特，如果大家對這六項原則的理解跟我有所不同，歡迎留言，大家共同探討。

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