面向对象的7种设计原则(7)-开闭原则


开闭原则

开闭原则是面向对象世界里最基础的设计原则,它指导我们如何建立一个稳定,灵活,可扩展的系统。开闭原则定义如下:

Software entities like classes,modules and functions should be open for extension but closed for modifications.

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。

问题由来

在软件的生命周期内,因为变化、升级和维护等原因需要对软件原有代码进行修改时,可能会给旧代码中引入错误,也可能会使我们不得不对整个功能进行重构,并且需要原有代码经过重新测试。

什么是开闭原则

开闭原则明确的告诉我们:软件实现应该对扩展开放,对修改关闭,其含义是说一个软件应该通过扩展来实现变化,而不是通过修改已有的代码来实现变化的。

一个软件产品只要在生命周期内,都会发生变化,即然变化是一个事实,我们就应该在设计时尽量适应这些变化,以提高项目的稳定性和灵活性,真正实现“拥抱变化”。开闭原则告诉我们应尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化,而不是通过修改现有代码来完成变化,它是为软件实体的未来事件而制定的对现行开发设计进行约束的一个原则。

典型案例

class FourS {
    public static void main(String[] args) {
        ICar iCar = new BMW("宝马X6",900000);
        System.out.println("4s店中"+iCar.getName()+"目前的报价为"+iCar.getPrice());
    }
}
interface ICar{
    String getName();
    int getPrice();
}

class BMW implements ICar{

    private String name;
    private int price;

    public BMW(String name, int price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }

    @Override
    public String getName() {
        return this.name;
    }

    @Override
    public int getPrice() {
        return this.price;
    }
}

项目投入使用后,车辆正常销售,但是4s店会给出一些优惠。
我们有下面三种方法可以解决此问题:

修改接口
在ICar接口中,增加一个方法getDiscount(),专门用于进行优惠处理,所有的实现类实现此方法。但是对于这样的一个修改方式,首先,作为接口,ICar应该稳定且可靠,不应该经常发生改变,否则接口作为契约的作用就失去了。其次,并不是所有的车辆都有优惠,仅仅因为BMW有优惠就修改接口使所有车辆都实现优惠逻辑,显然与实际业务不符。因此,此方案否定。

修改实现类
修改BMW类的方法,直接在getPrice()方法中实现优惠处理。此方法是有问题的,例如我们如果getPrice()方法中只需要读取车辆优惠前的价格呢?这不是有问题吗?当然我们也可以再增加getDiscount()方法,这也是可以实现其需求,但是这就有二个读取价格的方法,因此,该方案也不是一个最优方案。

通过扩展实现变化
我们可以增加一个子类DiscountCar(继承自BMW),覆写getPrice()方法。此方法修改少,对现有的代码没有影响,风险少,是最好的办法,同时也符合开闭原则。

class DiscountCar extends BMW{

    public DiscountCar(String name, int price) {
        super(name, price);
    }

    public int getPrice(){
       return this.getPrice()-55000;
    }
}

我们可以把变化归纳为二种类型:

逻辑变化
只变化了一个逻辑,而不涉及其他模块,比如一个算法是abc,现在需要修改为a+b+c,可以直接通过修改原有类中的方法的方式来完成,前提条件是所有依赖或关联类都按照相同的逻辑处理

子模块变化
一人模块变化,会对其它的模块产生影响,特别是一个低层次的模块变化必然引起高层模块的变化,因此在通过扩展完成变化。

为什么使用开闭原则

第一:开闭原则非常有名,只要是面向对象编程,在开发时都会强调开闭原则

第二:开闭原则是最基础的设计原则,其它的五个设计原则都是开闭原则的具体形态,也就是说其它的五个设计原则是指导设计的工具和方法,而开闭原则才是其精神领袖。依照Java语言的称谓,开闭原则是抽象类,而其它的五个原则是具体的实现类。

第三:开闭原则可以提高复用性
在面向对象的设计中,所有的逻辑都是从原子逻辑组合而来,而不是在一个类中独立实现一套业务逻辑。只有这样的代码才可以复用,逻辑粒度越小,被复用的可能性越大。为什么要复用呢?复用可以减少代码的重复,避免相同的逻辑分散在多个角落,减少维护人员的工作量以及系统变化时产生bug的机会。怎么才能提高复用率呢?设计者需要缩小逻辑粒度,直到一个逻辑不可以分为止。

第四:开闭原则可以提高维护性
一款软件量产后,维护人员的工作不仅仅对数据进行维护,还可能要对程序进行扩展,维护人员最乐意的事是扩展一个类,而不是修改一个类。让维护人员读懂原有代码,再进行修改,是一件非常痛苦的事情,不要让他在原有的代码海洋中游荡后再修改,那是对维护人员的折磨和摧残。

第五:面向对象开发的要求
万物皆对象,我们要把所有的事物抽象成对象,然后针对对象进行操作,但是万物皆发展变化,有变化就要有策略去应对,怎么快速应对呢?这就需要在设计之初考虑到尽可能多变化的因素,然后留下接口,等待“可能”转变为“现实”。

如何使用开闭原则

抽象约束

抽象是对一组事物的通用描述,没有具体的实现,也就表示它可以有非常多的可能性,可以跟随需求的变化而变化。因此,通过接口或抽象类可以约束一组可能变化的行为,并且能够实现对扩展开放,其包含三层含义:

  • 通过接口或抽象类约束扩散,对扩展进行边界限定,不允许出现在接口或抽象类中不存在的public方法。

  • 参数类型,引用对象尽量使用接口或抽象类,而不是实现类,这主要是实现里氏替换原则的一个要求

  • 抽象层尽量保持稳定,一旦确定就不要修改

元数据(metadata)控件模块行为

编程是一个很苦很累的活,那怎么才能减轻压力呢?答案是尽量使用元数据来控制程序的行为,减少重复开发。什么是元数据?用来描述环境和数据的数据,通俗的说就是配置参数,参数可以从文件中获得,也可以从数据库中获得。

制定项目章程

在一个团队中,建立项目章程是非常重要的,因为章程是所有开发人员都必须遵守的约定,对项目来说,约定优于配置。这比通过接口或抽象类进行约束效率更高,而扩展性一点也没有减少。

封装变化

对变化封装包含两层含义:

  • 将相同的变化封装到一个接口或抽象类中
  • 将不同的变化封装到不同的接口或抽象类中,不应该有两个不同的变化出现在同一个接口或抽象类中。
    封装变化,也就是受保护的变化,找出预计有变化或不稳定的点,我们为这些变化点创建稳定的接口。

文章作者: 少年闰土
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