优雅代码的秘密，都藏在这6个设计原则中

Java
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2023-02-22
Java实现单机版五子棋游戏的示例代码
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前言

大家好，我是捡田螺的小男孩。

优雅的代码，犹如亭亭玉立的美女，让人赏心悦目。而糟糕的代码，却犹如屎山，让人避而远之。

如何写出优雅的代码呢？那就要理解并熟悉应用这6个设计原则啦：开闭原则、单一职责原则、接口隔离原则 、迪米特法则、里氏替换原则、依赖倒置原则。本文呢，将通过代码demo，让大家轻松理解这6个代码设计原则，加油~

1. 开闭原则

开闭原则，即对扩展开放，对修改关闭。

对于扩展和修改，我们怎么去理解它呢？扩展开放表示，未来业务需求是变化万千，代码应该保持灵活的应变能力。修改关闭表示不允许在原来类修改，保持稳定性。

img

因为日常需求是不断迭代更新的，所以我们经常需要在原来的代码中修改。如果代码设计得不好，扩展性不强，每次需求迭代，都要在原来代码中修改，很可能会引入bug。因此，我们的代码应该遵循开闭原则，也就是对扩展开放，对修改关闭。

为了方便大家理解开闭原则，我们来看个例子：假设有这样的业务场景，大数据系统把文件推送过来，根据不同类型采取不同的解析方式。多数的小伙伴就会写出以下的代码：

if(type=="A"){
   //按照A格式解析
 
}else if(type=="B"){
    //按B格式解析
}else{
    //按照默认格式解析
}

这段代码有什么问题呢？

  • 如果分支变多，这里的代码就会变得臃肿，难以维护，可读性低。
  • 如果你需要接入一种新的解析类型，那只能在原有代码上修改。

显然，增加、删除某个逻辑，都需要修改到原来类的代码，这就违反了开闭原则了。为了解决这个问题，我们可以使用策略模式去优化它。

你可以先声明一个文件解析的接口，如下：

public interface IFileStrategy {
    
    //属于哪种文件解析类型，A或者B
    FileTypeResolveEnum gainFileType();
    
    //封装的公用算法（具体的解析方法）
    void resolve(Object param);
}

然后实现不同策略的解析文件，如类型A解析：

@Component
public class AFileResolve implements IFileStrategy {
    
    @Override
    public FileTypeResolveEnum gainFileType() {
        return FileTypeResolveEnum.File_A_RESOLVE;
    }

    @Override
    public void resolve(Object objectparam) {
      logger.info("A 类型解析文件，参数：{}",objectparam);
      //A类型解析具体逻辑
    }
}

如果未来需求变更的话，比如增加、删除某个逻辑，不会再修改到原来的类啦，只需要修改对应的文件解析类型的类即可。

对于如何使用设计模式，大家有兴趣的话，可以看我以前的这篇文章哈：实战！工作中常用到哪些设计模式

2. 单一职责原则

单一职责原则：一个类或者一个接口，最好只负责一项职责。比如一个类C违反了单一原则，它负责两个职责P1和P2。当职责P1需要修改时，就会改动到类C，这就可能导致原本正常的P2也受影响。

如何更好理解呢？比如你实现一个图书管理系统，一个类既有图书的增删改查，又有读者的增删改查，你就可以认为这个类违反了单一原则。因为这个类涉及了不同的功能职责点，你可以把这个拆分。

img

以上图书管理系统这个例子，违反单一原则，按业务拆分。这比较好理解，但是有时候，一个类并不是那么好区分。这时候大家可以看这个标准，来判断功能职责是否单一:

  • 类中的私有方法过多
  • 你很难给类起一个合适的名字
  • 类中的代码行数、函数或者属性过多
  • 类中大量的方法都是集中操作类中的某几个属性
  • 类依赖的其他类过多，或者依赖类的其他类过多

比如，你写了一个方法，这个方法包括了日期处理和借还书的业务操作，你就可以把日期处理抽到私有方法。再然后，如果你发现，很多私有方法，都是类似的日期处理，你就可以把这个日期处理方法抽成一个工具类。

日常开发中，单一原则的思想都有体现的。比如微服务拆分。

3. 接口隔离原则

接口隔离原则：接口的调用者或者使用者，不应该强迫依赖它不需要的接口。它要求建立单一的接口，不要建立庞大臃肿的接口，尽量细化接口，接口中的方法尽量少，让接口中只包含客户（调用者）感兴趣的方法。即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

比如类A通过接口I依赖类B，类C通过接口I依赖类D，如果接口I对于类A和类B来说，都不是最小接口，则类B和类D必须去实现他们不需要的方法。如下图：

img

这个图表达的意思是：类A依赖接口I中的method1、method2，类B是对类A依赖的实现。类C依赖接口I中的method1、method3，类D是对类C依赖的实现。对于实现类B和D，它们都存在用不到的方法，但是因为实现了接口I，所以必须要实现这些用不到的方法。

可以看下以下代码：

public interface I {

    void method1();

    void method2();

    void method3();
}

@Service
public class A {

    @Resource(name="B")
    private I i;

    public void depend1() {
        i.method1();
    }

    public void depend2(){
        i.method2();
    }

}

@Service("B")
public class B implements I {

    @Override
    public void method1() {
        System.out.println("类B实现接口I的方法1");
    }

    @Override
    public void method2() {
        System.out.println("类B实现接口I的方法2");
    }

    //没用到这个方法，但是也要默认实现，因为I有这个接口方法
    @Override
    public void method3() {

    }
}

@Service
public class C {

    @Resource(name="D")
    private I i;

    public void depend1(I i){
        i.method1();
    }

    public void depend3(I i){
        i.method3();
    }

}

@Service("D")
public class D implements I {

    @Override
    public void method1() {
        System.out.println("类D实现接口I的方法1");
    }

    //没用到这个方法，但是也要默认实现，因为I有这个接口方法
    @Override
    public void method2() {

    }

    @Override
    public void method3() {
        System.out.println("类D实现接口I的方法3");
    }
}

大家可以发现，如果接口过于臃肿，只要接口中出现的方法，不管对依赖于它的类有没有用到，实现类都必须去实现这些方法。实现类B没用到method3，它也要有个默认实现。实现类D没用到method2，它也要有个默认实现。

显然，这不是一个好的设计，违反了接口隔离原则。我们可以对接口I进行拆分。拆分后的设计如图2所示：

img

接口是不是分得越细越好呢？并不是。日常开发中，采用接口隔离原则对接口进行约束时，要注意以下几点：

  • 接口尽量小，但是要有限度。对接口进行细化可以提高程序设计灵活性是不挣的事实，但是如果过小，则会造成接口数量过多，使设计复杂化。所以一定要适度。
  • 为依赖接口的类定制服务，只暴露给调用的类它需要的方法，它不需要的方法则隐藏起来。只有专注地为一个模块提供定制服务，才能建立最小的依赖关系。
  • 提高内聚，减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。运用接口隔离原则，一定要适度，接口设计的过大或过小都不好。设计接口的时候，只有多花些时间去思考和筹划，才能准确地实践这一原则。

4. 迪米特法则

定义：又叫最少知道原则。一个类对于其他类知道的越少越好，就是说一个对象应当对其他对象有尽可能少的了解,只和朋友谈心，不和陌生人说话。它的核心思想就是，尽量降低类与类之间的耦合，尽最大能力减小代码修改带来的对原有的系统的影响。

比如一个生活例子：你对你的对象肯定了解的很多，但是如果你对别人的对象也了解很多，你的对象要是知道，那就要出大事了。

我们来看下一个违反迪米特法则的例子，业务场景是这样的：一个学校，要求打印出所有师生的ID。

//学生  
class Student{  
    private String id;  
    public void setId(String id){  
        this.id = id;  
    }  
    public String getId(){  
        return id;  
    }  
}  

//老师  
class Teacher{  
    private String id;  
    public void setId(String id){  
        this.id = id;  
    }  
    public String getId(){  
        return id;  
    }  
}  

//管理者（班长）
public class Monitor {
 
    //所有学生
    public List<Student> getAllStudent(){
        List<Student> list = new ArrayList<Student>();
        for(int i=0; i<100; i++){
            Student student = new Student();
            //为每个学生分配个ID
            student.setId("学生Id："+i);
            list.add(student);
        }
        return list;
    }

}

//校长
public class Principal {

    //所有教师
    public List<Teacher> getAllTeacher(){
        List<Teacher> list = new ArrayList<Teacher>();
        for(int i=0; i<20; i++){
            Teacher emp = new Teacher();
            //为全校老师按顺序分配一个ID
            emp.setId("老师编号"+i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }

    //所有师生
    public void printAllTeacherAndStudent(ClassMonitor classMonitor) {

        List<Student> list1 = classMonitor.getAllStudent();
        for (Student s : list1) {
            System.out.println(s.getId());
        }

        List<Teacher> list2 = this.getAllTeacher();
        for (Teacher teacher : list2) {
            System.out.println(teacher.getId());
        }
    }
}

这块代码。问题出在类Principal中，根据迪米特法则，只能与直接的朋友发生通信，而Student类并不是Principal类的直接朋友（以局部变量出现的耦合不属于直接朋友），从逻辑上讲校长Principal只与管理者Monitor耦合就行了，可以让Principal继承类Monitor，重写一个printMember的方法。优化后的代码如下:

public class Monitor {

    public List<Student> getAllStudent(){
        List<Student> list = new ArrayList<Student>();
        for(int i=0; i<100; i++){
            Student student = new Student();
            //为每个学生分配个ID
            student.setId("学生Id："+i);
            list.add(student);
        }
        return list;
    }

    public void printMember() {
        List<Student> list = this.getAllStudent();
        for (Student student : list) {
            System.out.println(student.getId());
        }
    }
}

public class Principal extends Monitor {

    public List<Teacher> getAllTeacher(){
        List<Teacher> list = new ArrayList<Teacher>();
        for(int i=0; i<30; i++){
            Teacher emp = new Teacher();
            //为全校老师按顺序分配一个ID
            emp.setId("老师编号"+i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }

    public void printMember() {
        super.printMember();

        for (Teacher teacher : this.getAllTeacher()) {
            System.out.println(teacher.getId());
        }
    }
}

5. 里氏替换原则

里氏替换原则：

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的行为没有发生变化，那么类型S是类型T的子类型。

一句话来描述就是：只要有父类出现的地方，都可以用子类来替代，而且不会出现任何错误和异常。 更通俗点讲，就是子类可以扩展父类的功能，但是不能改变父类原有的功能。

其实，对里氏替换原则的定义可以总结如下：

  • 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
  • 子类中可以增加自己特有的方法
  • 当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的输入参数）要比父类的方法更宽松
  • 当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载或实现抽象方法），方法的后置条件（即方法的的输出/返回值）要比父类的方法更严格或相等

我们来看个例子：

public class Cache {

    public void set(String key, String value) {

    }
}

public class RedisCache extends Cache {

    public void set(String key, String value) {

    }

}

这里例子是没有违反里氏替换原则的，任何父类、父接口出现的地方子类都可以出现。如果给RedisCache加上参数校验，如下：

public class Cache {

    public void set(String key, String value) {

    }
}

public class RedisCache extends Cache {

    public void set(String key, String value) {
        if (key == null || key.length() < 10 || key.length() > 100) {
            System.out.println("key的长度不符合要求");
            throw new IllegalArgumentException();
        }
    }
}

这就违反了里氏替换原则了，因为子类方法增加了加了参数校验，抛出了异常，虽然子类仍然可以来替换父类。

6.依赖倒置原则

依赖倒置原则定义：

高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。它的核心思想是：要面向接口编程，而不要面向实现编程。

依赖倒置原则可以降低类间的耦合性、提高系统的稳定性、减少并行开发引起的风险、提高代码的可读性和可维护性。要满足依赖倒置原则，我们需要在项目中满足这个规则：

  • 每个类尽量提供接口或抽象类，或者两者都具备。
  • 变量的声明类型尽量是接口或者是抽象类。
  • 任何类都不应该从具体类派生。
  • 使用继承时尽量遵循里氏替换原则。

我们来看一段违反依赖倒置原则的代码，业务需求是：顾客从淘宝购物。代码如下：

class Customer{
    public void shopping(TaoBaoShop shop){
        //购物
        System.out.println（shop.buy());
    }
}

以上代码是存在问题的，如果未来产品变更需求，改为顾客从京东上购物，就需要把代码修改为：

class Customer{
    public void shopping(JingDongShop shop){
        //购物
        System.out.println（shop.buy());
    }
}

如果产品又变更为从天猫购物呢？那有得修改代码了，显然这违反了开闭原则。顾客类设计时，同具体的购物平台类绑定了，这违背了依赖倒置原则。可以设计一个shop接口，不同购物平台（如淘宝、京东）实现于这个接口，即修改顾客类面向该接口编程，就可以解决这个问题了。代码如下：

class Customer{
    public void shopping(Shop shop){
        //购物
        System.out.println（shop.buy());
    }
}

interface Shop{
   String buy();
}

Class TaoBaoShop implements Shop{
     public String buy(){
       return "从淘宝购物";
     }
}

Class JingDongShop implements Shop{
      public String buy(){
       return "从京东购物";
     }
}
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