七大软件设计原则

Interface Segregation Principle接口隔离原则

接口隔离原则（Interface Segregation Principle, ISP）是指用多个专门的接口，而不使
用单一的总接口，客户端不应该依赖它不需要的接口。这个原则指导我们在设计接口时
应当注意一下几点：

1、一个类对一类的依赖应该建立在最小的接口之上。
2、建立单一接口，不要建立庞大臃肿的接口。
3、尽量细化接口，接口中的方法尽量少（不是越少越好，一定要适度）。

接口隔离原则符合我们常说的高内聚、低耦合的设计思想，从而使得类具有很好的可读
性、可扩展性和可维护性。我们在设计接口的时候，要多花时间去思考，要考虑业务模
型，包括以后有可能发生变更的地方还要做一些预判。所以，对于抽象，对业务模型的
理解是非常重要的。下面我们来看一段代码，写一个动物行为的抽象：

IAnimal 接口：

public interface IAnimal {
    void eat();
    void fly();
    void swim();
}

Bird 类实现

public class Bird implements IAnimal {
    @Override
    public void eat() {}
    @Override
    public void fly() {}
    @Override
    public void swim() {}
}

Dog 类实现

public class Dog implements IAnimal {
    @Override
    public void eat() {}
    @Override
    public void fly() {}
    @Override
    public void swim() {}
}

可以看出，Bird 的 swim()方法可能只能空着，Dog 的 fly()方法显然不可能的。这时候，
我 们 针 对 不 同 动 物 行 为 来 设 计 不 同 的 接 口 ， 分 别 设 计 IEatAnimal ， IFlyAnimal 和
ISwimAnimal 接口，来看代码：

IEatAnimal 接口：

public interface IEatAnimal {
    void eat();
}

IFlyAnimal 接口：

public interface IFlyAnimal {
    void fly();
}

ISwimAnimal 接口：

public interface ISwimAnimal {
    void swim();
}

Dog 只实现 IEatAnimal 和 ISwimAnimal 接口：

public class Dog implements ISwimAnimal,IEatAnimal {
    @Override
    public void eat() {}
    @Override
    public void swim() {}
}

来看下两种类图的对比，还是非常清晰明了的：

Law of Demeter 迪米特法则

迪米特原则（Law of Demeter LoD）是指一个对象应该对其他对象保持最少的了解，又
叫最少知道原则（Least Knowledge Principle,LKP），尽量降低类与类之间的耦合。迪
米特原则主要强调只和朋友交流，不和陌生人说话。出现在成员变量、方法的输入、输
出参数中的类都可以称之为成员朋友类，而出现在方法体内部的类不属于朋友类。
现在来设计一个权限系统，Boss 需要查看目前发布到线上的课程数量。这时候，Boss
要找到 TeamLeader 去进行统计，TeamLeader 再把统计结果告诉 Boss。接下来我们还
是来看代码：

Course 类：

public class Course {
}

TeamLeader 类：

public class TeamLeader {
    public void checkNumberOfCourses(List<Course> courseList){
        System.out.println("目前已发布的课程数量是："+courseList.size());
    }
}

Boss 类：

public class Boss {
    public void commandCheckNumber(TeamLeader teamLeader){
        //模拟 Boss 一页一页往下翻页，TeamLeader 实时统计
        List<Course> courseList = new ArrayList<Course>();
        for (int i= 0; i < 20 ;i ++){
            courseList.add(new Course());
        }
        teamLeader.checkNumberOfCourses(courseList);
    }
}

测试代码：

public static void main(String[] args) {
    Boss boss = new Boss();
    TeamLeader teamLeader = new TeamLeader();
    boss.commandCheckNumber(teamLeader);
}

写到这里，其实功能已经都已经实现，代码看上去也没什么问题。根据迪米特原则，Boss
只想要结果，不需要跟 Course 产生直接的交流。而 TeamLeader 统计需要引用 Course
对象。Boss 和 Course 并不是朋友，从下面的类图就可以看出来：

下面来对代码进行改造：

TeamLeader 类：

public class TeamLeader {
    public void checkNumberOfCourses(){
        List<Course> courseList = new ArrayList<Course>();
        for(int i = 0 ;i < 20;i++){
            courseList.add(new Course());
        }
    System.out.println("目前已发布的课程数量是："+courseList.size());
    }
}

Boss 类：

public class Boss {
    public void commandCheckNumber(TeamLeader teamLeader){
        teamLeader.checkNumberOfCourses();
    }
}

再来看下面的类图，Course 和 Boss 已经没有关联了。

Liskov Substitution Principle里氏替换原则 

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle,LSP）是指如果对每一个类型为 T1 的
对象 o1,都有类型为 T2 的对象 o2,使得以 T1 定义的所有程序 P 在所有的对象 o1 都替换
成 o2 时，程序 P 的行为没有发生变化，那么类型 T2 是类型 T1 的子类型。

定义看上去还是比较抽象，我们重新理解一下，可以理解为一个软件实体如果适用一
个父类的话，那一定是适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的
对象，子类对象能够替换父类对象，而程序逻辑不变。根据这个理解，我们总结一下：
引申含义：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。

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（即方法的输入/入参）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
方法的输出/返回值）要比父类更严格或相等。

使用里氏替换原则有以下优点： 

1、约束继承泛滥，开闭原则的一种体现。
2、加强程序的健壮性，同时变更时也可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、扩
展性。降低需求变更时引入的风险。

Composite&Aggregate Reuse Principle合成复用原则 

合成复用原则（Composite/Aggregate Reuse Principle,CARP）是指尽量使用对象
组合(has-a)/聚合(contanis-a)，而不是继承关系达到软件复用的目的。可以使系统更加
灵活，降低类与类之间的耦合度，一个类的变化对其他类造成的影响相对较少。 

继承我们叫做白箱复用，相当于把所有的实现细节暴露给子类。组合/聚合也称之为黑
箱复用，对类以外的对象是无法获取到实现细节的。要根据具体的业务场景来做代码设
计，其实也都需要遵循 OOP 模型。还是以数据库操作为例，先来创建 DBConnection
类：

public class DBConnection {
    public String getConnection(){
        return "MySQL 数据库连接";
    }
}

创建 ProductDao 类：

public class ProductDao{
    private DBConnection dbConnection;
    public void setDbConnection(DBConnection dbConnection) {
        this.dbConnection = dbConnection;
    }
    public void addProduct(){
        String conn = dbConnection.getConnection();
        System.out.println("使用"+conn+"增加产品");
    }
}

这 就 是 一 种 非 常 典 型 的 合 成 复 用 原 则 应 用 场 景 。 但 是 ， 目 前 的 设 计 来 说 ，
DBConnection 还不是一种抽象，不便于系统扩展。目前的系统支持 MySQL 数据库连接 ， 假 设 业 务 发 生 变 化 ， 数 据 库 操 作 层 要 支 持 Oracle 数 据 库 。 当 然 ， 我 们 可 以 在DBConnection 中增加对 Oracle 数据库支持的方法。但是违背了开闭原则。其实，我们
可以不必修改 Dao 的代码，将 DBConnection 修改为 abstract，来看代码：

public abstract class DBConnection {
    public abstract String getConnection();
}

然后，将 MySQL 的逻辑抽离：

public class MySQLConnection extends DBConnection {
    @Override
    public String getConnection() {
        return "MySQL 数据库连接";
    }
}

再创建 Oracle 支持的逻辑：

public class OracleConnection extends DBConnection {
    @Override
    public String getConnection() {
        return "Oracle 数据库连接";
    }
}

Open-Closed Principle开闭原则

开闭原则（Open-Closed Principle, OCP）是指一个软件实体如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭。所谓的开闭，也正是对扩展和修改两个行为的一个原则。强调的是用抽象构建框架，用实现扩展细节。可以提高软件系统的可复用性及可维护性。开闭原则，是面向对象设计中最基础的设计原则。

Dependence Inversion Principle依赖倒置原则 

依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle,DIP）是指设计代码结构时，高层模块不应该依赖底层模块，二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。通过依赖倒置，可以减少类与类之间的耦合性，提高系统的稳定性，提高代码的可读性和可维护性，并能够降低修改程序所造成的风险。接下来看一个案例，还是以课程为例，先来创建一个类 Tom：

public class Tom {
    public void studyJavaCourse(){
        System.out.println("Tom 在学习 Java 的课程");
    }
    public void studyPythonCourse(){
        System.out.println("Tom 在学习 Python 的课程");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Tom tom = new Tom();
    tom.studyJavaCourse();
    tom.studyPythonCourse();
}

随着学习兴趣的暴涨，现在 Tom 还想学习 AI 人工智能的课程。这个时候，业务扩展，我们的代码要从底层到高层（调用层）一次修改代码。在 Tom 类中增加studyAICourse()的方法，在高层也要追加调用。如此一来，系统发布以后，实际上是非常不稳定的，在修改代码的同时也会带来意想不到的风险。接下来我们优化代码，创建一个课程的抽象 ICourse 接口：

public interface ICourse {
    void study();
}

然后写 JavaCourse 类：

public class JavaCourse implements ICourse {
    @Override
    public void study() {
        System.out.println("Tom 在学习 Java 课程");
    }
}

修改 Tom 类：

public class Tom {
    public void study(ICourse course){
        course.study();
    }
}

来看调用：

public static void main(String[] args) {
    Tom tom = new Tom();
    tom.study(new JavaCourse());
    tom.study(new PythonCourse());
}

我们这时候再看来代码，Tom 的兴趣无论怎么暴涨，对于新的课程，我只需要新建一个类，通过传参的方式告诉 Tom，而不需要修改底层代码。实际上这是一种大家非常熟悉的方式，叫依赖注入。注入的方式还有构造器方式和 setter 方式。我们来看构造器注入方式：

public class Tom {
    private ICourse course;
    public Tom(ICourse course){
        this.course = course;
    }
    public void study(){
        course.study();
    }
}

Simple Responsibility Principle单一职责原则 

单一职责（Simple Responsibility Pinciple，SRP）是指不要存在多于一个导致类变更的原因。假设我们有一个 Class 负责两个职责，一旦发生需求变更，修改其中一个职责的逻辑代码，有可能会导致另一个职责的功能发生故障。这样一来，这个 Class 存在两个导致类变更的原因。如何解决这个问题呢？我们就要给两个职责分别用两个 Class 来实现，进行解耦。后期需求变更维护互不影响。这样的设计，可以降低类的复杂度，提高类的可 读 性 ， 提 高 系 统 的 可 维 护 性 ， 降 低 变 更 引 起 的 风 险 。 总 体 来 说 就 是 一 个Class/Interface/Method 只负责一项职责。

接下来，我们来看代码实例，还是用课程举例，我们的课程有直播课和录播课。直播课不能快进和快退，录播可以可以任意的反复观看，功能职责不一样。还是先创建一个Course 类：

public class Course {
    public void study(String courseName){
        if("直播课".equals(courseName)){
            System.out.println(courseName + "不能快进");
        }else{
            System.out.println(courseName + "可以反复回看");
        }
    }
}

从上面代码来看，Course 类承担了两种处理逻辑。假如，现在要对课程进行加密，那么直播课和录播课的加密逻辑都不一样，必须要修改代码。而修改代码逻辑势必会相互影响容易造成不可控的风险。我们对职责进行分离解耦，来看代码，分别创建两个类ReplayCourse 和 LiveCourse：

LiveCourse 类：

public class LiveCourse {
    public void study(String courseName){
        System.out.println(courseName + "可以反复回看");
    }
}

ReplayCourse 类：

public class ReplayCourse {
    public void study(String courseName){
        System.out.println(courseName + "不能快进");
    }
}

调用代码：

public static void main(String[] args) {
    LiveCourse liveCourse = new LiveCourse();
    liveCourse.study("直播课");
    ReplayCourse replayCourse = new ReplayCourse();
    replayCourse.study("录播课");
}

业务继续发展，课程要做权限。没有付费的学员可以获取课程基本信息，已经付费的学员可以获得视频流，即学习权限。那么对于控制课程层面上至少有两个职责。我们可以把展示职责和管理职责分离开来，都实现同一个抽象依赖。设计一个顶层接口,创建ICourse 接口：

public interface ICourse {
    //获得基本信息
    String getCourseName();
    //获得视频流
    byte[] getCourseVideo();
    //学习课程
    void studyCourse();
    //退款
    void refundCourse();
}

我们可以把这个接口拆成两个接口，创建一个接口 ICourseInfo 和 ICourseManager：

ICourseInfo 接口：

public interface ICourseInfo {
    String getCourseName();
    byte[] getCourseVideo();
}

ICourseManager 接口：

public interface ICourseManager {
    void studyCourse();
    void refundCourse();
}

下面我们来看一下方法层面的单一职责设计。有时候，我们为了偷懒，通常会把一个方法写成下面这样： 

private void modifyUserInfo(String userName,String address){
    userName = "Tom";
    address = "Changsha";
}

显然，上面的 modifyUserInfo()方法中都承担了多个职责，既可以修改 userName,也可以修改 address，甚至更多，明显不符合单一职责。那么我们做如下修改，把这个方法拆成两个：

private void modifyUserName(String userName){
    userName = "Tom";
}
private void modifyAddress(String address){
    address = "Changsha";
}

这修改之后，开发起来简单，维护起来也容易。但是，我们在实际开发中会项目依赖，组合，聚合这些关系，还有还有项目的规模，周期，技术人员的水平，对进度的把控，很多类都不符合单一职责。但是，我们在编写代码的过程，尽可能地让接口和方法保持单一职责，对我们项目后期的维护是有很大帮助的。