超易懂!原来SOLID原则要这么理解!

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说到 SOLID 原则,相信有过几年工作经验的朋友都有个大概印象,但就是不知道它具体是什么。甚至有些工作了十几年的朋友,它们对 SOLID 原则的理解也停留在表面。今天我们就来聊聊 SOLID 原则以及它们之间的关系。

什么是SOLID原则

SOLID 原则其实是用来指导软件设计的,它一共分为五条设计原则,分别是:

  • 单一职责原则(SRP)
  • 开闭原则(OCP)
  • 里氏替换原则(LSP)
  • 接口隔离原则(ISP)
  • 依赖倒置原则(DIP)

单一职责原则(SRP)

单一职责原则(Single Responsibility Principle),它的定义是:应该有且仅有一个原因引起类的变更。简单地说:接口职责应该单一,不要承担过多的职责。 用生活中肯德基的例子来举例:负责前台收银的服务员,就不要去餐厅收盘子。负责餐厅收盘子的就不要去做汉堡。

单一职责适用于接口、类,同时也适用于方法。例如我们需要修改用户密码,有两种方式可以实现,一种是用「修改用户信息接口」实现修改密码,一种是新起一个接口来实现修改密码功能。在单一职责原则的指导下,一个方法只承担一个职能,所以我们应该新起一个接口来实现修改密码的功能。

单一职责原则的重点在于职责的划分,很多时候并不是一成不变的,需要根据实际情况而定。单一职责能够使得类复杂性降低、类之间职责清晰、代码可读性提高、更加容易维护。但它的缺点也很明显,就是对技术人员要求高,有些时候职责难以区分。

我们在设计一个类的时候,可以先从粗粒度的类开始设计,等到业务发展到一定规模,我们发现这个粗粒度的类方法和属性太多,且经常修改的时候,我们就可以对这个类进行重构了,将这个类拆分成粒度更细的类,这就是所谓的持续重构。

开闭原则(OCP)

开闭原则(Open Closed Principle),它的定义是: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。简单地说:就是当别人要修改软件功能的时候,使得他不能修改我们原有代码,只能新增代码实现软件功能修改的目的。

这听着有点玄乎,我来举个例子吧。

这段代码模拟的是对于水果剥皮的处理程序。如果是苹果,那么是一种拨皮方法;如果是香蕉,则是另一种剥皮方法。如果以后还需要处理其他水果,那么就会在后面加上很多 if else 语句,最终会让整个方法变得又臭又长。如果恰好这个水果中的不同品种有不同的剥皮方法,那么这里面又会有很多层嵌套。

if(type == apple){
    //deal with apple 
} else if (type == banana){
    //deal with banana
} else if (type == ......){
    //......
}

可以看得出来,上面这样的代码并没有满足「对拓展开放,对修改封闭」的原则。每次需要新增一种水果,都可以直接在原来的代码上进行修改。久而久之,整个代码块就会变得又臭又长。

如果我们对剥水果皮这件事情做一个抽象,剥苹果皮是一个具体的实现,剥香蕉皮是一个具体的实现,那么写出的代码会是这样的:

public interface PeelOff {
    void peelOff();
}

public class ApplePeelOff implement PeelOff{
    void peelOff(){
        //deal with apple
    }
}

public class BananaPeelOff implement PeelOff{
    void peelOff(){
        //deal with banan
    }
}

public class PeelOffFactory{
    private Map map = new HashMap();

    private init(){
        //init all the Class that implements PeelOff interface 
      }
}

.....

public static void main(){
    String type = "apple";
    PeelOff peelOff = PeelOffFactory.getPeelOff(type);  //get ApplePeelOff Class Instance.
    peelOff.pealOff();
}

上面这种实现方式使得别人无法修改我们的代码,为什么?

因为当需要对西瓜剥皮的时候,他会发现他只能新增一个类实现 PeelOff 接口,而无法再原来的代码上修改。这样就实现了「对拓展开放,对修改封闭」的原则。

里氏替换原则(LSP)

里氏替换原则(LSP)的定义是:所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。简单地说:所有父类能出现的地方,子类就可以出现,并且替换了也不会出现任何错误。 例如下面 Parent 类出现的地方,可以替换成 Son 类,其中 Son 是 Parent 的子类。

Parent obj = new Son();
等价于
Son son  = new Son();

这样的例子在 Java 语言中是非常常见的,但其核心要点是:替换了也不会出现任何的错误。这就要求子类的所有相同方法,都必须遵循父类的约定,否则当父类替换为子类时就会出错。 这样说可能还是有点抽象,我举个例子。

public class Parent{
    // 定义只能扔出空指针异常
    public void hello throw NullPointerException(){
    }
}
public class Son extends Parent{
    public void hello throw NullPointerException(){
        // 子类实现时却扔出所有异常
        throw Exception;
    }
}

上面的代码中,父类对于 hello 方法的定义是只能扔出空指针异常,但子类覆盖父类的方法时,却扔出了其他异常,违背了父类的约定。那么当父类出现的地方,换成了子类,那么必然会出错。

其实这个例子举得不是很好,因为这个在编译层面可能就有错误。但表达的意思应该是到位了。

而这里的父类的约定,不仅仅指的是语法层面上的约定,还包括实现上的约定。有时候父类会在类注释、方法注释里做了相关约定的说明,当你要覆写父类的方法时,需要弄懂这些约定,否则可能会出现问题。例如子类违背父类声明要实现的功能。比如父类某个排序方法是从小到大来排序,你子类的方法竟然写成了从大到小来排序。

里氏替换原则 LSP 重点强调:对使用者来说,能够使用父类的地方,一定可以使用其子类,并且预期结果是一致的。

接口隔离原则(ISP)

接口隔离原则(Interface Segregation Principle)的定义是:类间的依赖关系应该建立在最小的接口上。简单地说:接口的内容一定要尽可能地小,能有多小就多小。

举个例子来说,我们经常会给别人提供服务,而服务调用方可能有很多个。很多时候我们会提供一个统一的接口给不同的调用方,但有些时候调用方 A 只使用 1、2、3 这三个方法,其他方法根本不用。调用方 B 只使用 4、5 两个方法,其他都不用。接口隔离原则的意思是,你应该把 1、2、3 抽离出来作为一个接口,4、5 抽离出来作为一个接口,这样接口之间就隔离开来了。

那么为什么要这么做呢?我想这是为了隔离变化吧! 想想看,如果我们把 1、2、3、4、5 放在一起,那么当我们修改了 A 调用方才用到 的 1 方法,此时虽然 B 调用方根本没用到 1 方法,但是调用方 B 也会有发生问题的风险。而如果我们把 1、2、3 和 4、5 隔离成两个接口了,我修改 1 方法,绝对不会影响到 4、5 方法。

除了改动导致的变化风险之外,其实还会有其他问题,例如:调用方 A 抱怨,为什么我只用 1、2、3 方法,你还要写上 4、5 方法,增加我的理解成本。调用方 B 同样会有这样的困惑。

在软件设计中,ISP 提倡不要将一个大而全的接口扔给使用者,而是将每个使用者关注的接口进行隔离。

依赖倒置原则(DIP)

依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle)的定义是:高层模块不应该依赖底层模块,两者都应该依赖其抽象。抽象不应该依赖细节,即接口或抽象类不依赖于实现类。细节应该依赖抽象,即实现类不应该依赖于接口或抽象类。简单地说,就是说我们应该面向接口编程。通过抽象成接口,使各个类的实现彼此独立,实现类之间的松耦合。

如果我们每个人都能通过接口编程,那么我们只需要约定好接口定义,我们就可以很好地合作了。软件设计的 DIP 提倡使用者依赖一个抽象的服务接口,而不是去依赖一个具体的服务执行者,从依赖具体实现转向到依赖抽象接口,倒置过来。

SOLID 原则的本质

我们总算把 SOLID 原则中的五个原则说完了。但说了这么一通,好像是懂了,但是好像什么都没记住。 那么我们就来盘一盘他们之间的关系。ThoughtWorks 上有一篇文章说得挺不错,它说:

  • 单一职责是所有设计原则的基础,开闭原则是设计的终极目标。
  • 里氏替换原则强调的是子类替换父类后程序运行时的正确性,它用来帮助实现开闭原则。
  • 而接口隔离原则用来帮助实现里氏替换原则,同时它也体现了单一职责。
  • 依赖倒置原则是过程式编程与面向对象编程的分水岭,同时它也被用来指导接口隔离原则。

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简单地说:依赖倒置原则告诉我们要面向接口编程。当我们面向接口编程之后,接口隔离原则和单一职责原则又告诉我们要注意职责的划分,不要什么东西都塞在一起。当我们职责捋得差不多的时候,里氏替换原则告诉我们在使用继承的时候,要注意遵守父类的约定。而上面说的这四个原则,它们的最终目标都是为了实现开闭原则。

参考资料

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