【架构设计】如何让你的应用做到高内聚、低耦合？

前言

最近 review 公司的代码，发现代码耦合程度特别高，修改一处，不知不觉就把其他地方影响到了，这就让我思考该如何让我们写的代码足够内聚，减少耦合呢？

"高内聚、松耦合"是一个非常重要的设计思想，能够有效地提高代码的可读性和可维护性，缩小功能改动导致的代码改动范围。它可以用来指导不同粒度代码的设计与开发，比如系统、模块、类，甚至是函数，也可以应用到不同的开发场景中，比如微服务、框架、组件、类库等。本文我们来探讨下如何让我们的应用做到高内聚、低耦合。

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什么是高内聚？

首先我们将目光投射到内聚上，通常我们的代码的内聚归为 7 类，如下图所示，内聚性从高到低。

1. 功能内聚

将相同功能放到一个类或者模块中，内聚程度最高。

2. 顺序内聚

如果一个功能的输出是另外一个功能的输入，这种存在顺序依赖关系的，我们将他们归到一个模块中叫做顺序内聚。

3. 通信内聚

如果功能点使用相同输入或输出数据，我们将他们内聚到一个模块中，叫做通信内聚。

4. 过程内聚

如果不同的功能是由同一个控制流支配的，我们称作过程内聚。

5. 时间内聚

不同的功能在同一时间段内执行，比如银行不同的跑批任务，由时间去控制是否放在同一个模块中的内聚叫做时间内聚。

6. 逻辑内聚

不同的功能可能他们内部的逻辑是一致的，我们将他归在一起叫做逻辑内聚。

7. 偶然内聚

而偶然内聚是指不同的功能，没什么关联就直接放在一起了。这种情况很常见，比如 A 团队同时承担了支付、物流、产品等功能的开发，为了节省开发资源，他们就把不相干的功能放到一个模块中，那么这种偶然内聚会随着业务发展遇到各种问题。

上面讲解了内聚的可能 7 种分类，大家不用太较真，了解一下就行。

小结一下，我们所说的高内聚，其实是用来指导类或者模块本身的设计，简单来说，就是指相近的功能应该放到同一个类中，不相近的功能不要放到同一个类中。相近的功能往往会被同时修改，放到同一个类中，修改会比较集中，代码容易维护。

什么是低耦合？

现在我们聚焦到耦合上，耦合实际上关注在类与类之间或者模块与模块之间依赖关系的设计，我们通常有下面 7 种类型的耦合关系。

1. 非直接耦合

两个模块之间没有直接关系，模块独立性最强

2. 数据耦合

两个模块之间用参数传递关联，模块之间影响最小的耦合关系。比如订单系统输入物流编号 ID，物流系统返回你具体的物流信息。

3. 标记耦合

两个模块依赖同样的一个数据结构，传递的是数据结构。

比如租房费用计算系统，需要计算水费和电费，如果你传用户信息这个数据结构，让水费和电费系统领取用户对象的用水量和用电量，这就是标记耦合。更好的做法应该只需要传必要的用水量和用电量，而不是传输整个用户对象。

4. 控制耦合

两个模块之间传输控制信息，比如某个标志或者开关，调用模块需要知道被调用模块的内部逻辑，增加了相互依赖和理解的复杂度。

5. 外部耦合

一组模块需要与外部环境关联，这组模块访问同一全局变量，外部耦合有时候必不可少，但应尽量减少此类模块数量。

6. 公共耦合

一组模块均访问同一全局数据区，这种情况叫做公共耦合。比如有一个公共变量，不同模块都去修改它。

7. 内容耦合

一个模块直接操作或修改另外一个模块的内部书，一个模块不通过正常入口访问另外一个模块，这就是内容耦合，是最糟糕的情况，需要避免。比如直接调用另外一个类的 set 方法，所以这就要求我们不要无脑的把类的任何属性都加上 set 方法。

上面大致分享了耦合的 7 种情况，你们项目属于哪种情况呢？

这边再总结一下， 所谓低耦合是说，在代码中，类与类之间的依赖关系简单清晰。即使两个类有依赖关系，一个类的代码改动不会或者很少导致依赖类的代码改动。

高内聚，低耦合有什么关系？

前面讲解了内聚和耦合的多种情况，那么高内聚、低耦合之间有什么关系呢？

上图中左边部分的代码设计中，类的粒度比较小，每个类的职责都比较单一。相近的功能都放到了一个类中，不相近的功能被分割到了多个类中。这样类更加独立，代码的内聚性更好。一个类的修改，只会影响到一个依赖类的代码改动。我们只需要测试这一个依赖类是否还能正常工作就行了。

上图中右边部分的代码设计中，类粒度比较大，低内聚，功能大而全，不相近的功能放到了一个类中。这就导致很多其他类都依赖这个类。当我们修改这个类的某一个功能代码的时候，会影响依赖它的多个类。我们需要测试这三个依赖类，是否还能正常工作。

所以说， “高内聚”有助于“松耦合”，同理，“低内聚”也会导致“紧耦合” 。

如何做到高内聚、低耦合呢？

关于如何做到模块或者类的高内聚、低耦合，有一个很经典的指导法则，那就是迪米特法则。

迪米特法则是说不该有直接依赖关系的类之间，不要有依赖；有依赖关系的类之间，尽量只依赖必要的接口。换更形象点的说，每个模块只和自己的朋友“说话”（talk），不和陌生人“说话”（talk）。

展开来讲，我们在做设计的时候特别关注下面的一些要点。

1. 多用接口隐藏实现的细节, 接口是一个契约，相对稳定。

2. 尽量避免不同模块或者类之间共享全局变量，万一一个地方需要修改，连带的其他模块也会影响

3. 能用 private 的地方，坚决不用 public, 不要给类的任何属性都加 set 方法，体现良好的封装性，暴露越少，影响也就越少。

4. 合理使用设计模式，因为设计模式会很好的保证代码的可扩展性、封装性

5. 注意分层设计和调用，比如在业务层直接用 SQL 语句操作数据库，而应该讲数据库操作封装到 DAO 层中，业务层调用 DAO 层

6. 避免直接操作或者调用其他模块或类（内容耦合），也就是直接调用 set 方法，而是应该通过接口调用

7. 尽量使用数据耦合，少用控制耦合。比如传输一个普通的数据变量是合适的。但传输一个控制命令给你，让你去执行分支 a 还是分支 b 还是分支 c，这就不是很合适，所以尽量采用一些其他的方法来规避掉这些控制命令的发送。

8. 模块的功能划分尽可能的单一, 遵循单一职责原则

9. 模块只堆外暴露最小限度的接口，遵循接口隔离原则

10. 模块之间的交互要尽量少，接口的设计要尽量简单，比如能传基本类类型就不要传输整个对象。

总结

“高内聚、松耦合”是一个非常重要的设计思想，能够有效提高代码的可读性和可维护性，缩小功能改动导致的代码改动范围。“高内聚”用来指导类本身的设计，“松耦合”用来指导类与类之间依赖关系的设计。

所谓高内聚，就是指相近的功能应该放到同一个类中，不相近的功能不要放到同一类中。相近的功能往往会被同时修改，放到同一个类中，修改会比较集中。所谓松耦合指的是，在代码中，类与类之间的依赖关系简单清晰。即使两个类有依赖关系，一个类的代码改动也不会或者很少导致依赖类的代码改动。

所以我们在设计的时候，尽量要多动动脑子，想想这个功能是不是属于这个模块的呢？他们之间的交互合理吗？复杂吗？有没有更简单的方式呢？多问自己几个问题，你做出的设计会越来越优秀。

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