工作那么久，才知道的 SOLID 设计原则

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发布于: 2020 年 06 月 26 日
认识 SOLID 原则无论是软件系统设计，还是代码实现，遵循有效和明确的设计原则，都利于系统软件灵活可靠，安全快速的落地，更重要的是能灵活地应对需求，简化系统扩展和维护，避免无效的加班。本文主要讨论面向对象软件开发中最流行的设计原则- SOLID，它是五个设计原则为了方便记忆而组成的首字母缩写：
单一职责原则
开放/封闭原则
里式替换原则
接口隔离原则
依赖倒置原则
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S：单一职责原则 (SRP)基本概念单一职责原则 (SRP) 英文全称为 Single Responsibility Principle，是最简单，但也是最难用好的原则之一。它的定义也很简单：对于一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。其中变化的原因就表示了这个类的职责，它可能是某个特定领域的功能，可能是某个需求的解决方案。
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这个原则表达的是不要让一个类承担过多的责任，一旦有了多个职责，那么它就越容易因为某个职责而被更改，这样的状态是不稳定的，不经意的修改很有可能影响到这个类的其他功能。因此，我们需要将不同的职责封装在不同的类中，即将不同的变化原因封装在不同的类中，不同类之间的变化互不影响。
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实例说明举一个具体的例子，有一个用于实现编辑和打印报表的类，这样的类存在两个变化的原因：第一，报表的内容可以改变（编辑）。第二，报表的格式可以改变（打印）。如果有一个对于报表编辑流程的修改，而报表的编辑流程会导致公共状态或者依赖关系的改变，使得打印功能的代码无法工作。所以单一职责原则认为这两个变化的原因事实上是两个分离的功能，它们应该分离在不同的类中。
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相关设计模式面对违背单一职责原则的程序代码，我们可以利用外观模式，代理模式，桥接模式，适配器模式，命令模式对已有设计进行重构，实现多职责的分离。
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小结单一职责原则用于控制类的粒度大小，减少类中不相关功能的代码耦合，使得类更加的健壮；另外，单一职责原则也适用于模块之间解耦，对于模块的功能划分有很大的指导意义。
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O：开闭原则 (OCP)基本概念开闭原则 (OCP) 英文全称为 Open-Closed Principle，基本定义是软件中的对象（类，模块，函数等）应该对于扩展是开放的，但是对于修改是封闭的。这里的对扩展开放表示这添加新的代码，就可以让程序行为扩展来满足需求的变化；对修改封闭表示在扩展程序行为时不要修改已有的代码，进而避免影响原有的功能。
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要实现不改代码的情况下，仍要去改变系统行为的关键就是抽象和多态，通过接口或者抽象类定义系统的抽象层，再通过具体类来进行扩展。这样一来，无须对抽象层进行任何改动，只需要增加新的具体类来实现新的业务功能即可，达到开闭原则的要求。
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实例说明同样，举个例子来更深刻地理解开闭原则：有一个用于图表显示的 Display 类，它能绘制各种类型的图表，比如饼状图，柱状图等；而需要绘制特定图表时，都强依赖了对应类型的图表，Display 类的内部实现如下：
public void display(String type) {
    if (type.equals("pie")) {  
      PieChart chart = new PieChart();  
      chart.display();  
    }  else if (type.equals("bar")) {  
      BarChart chart = new BarChart();  
      chart.display();  
    } 
}
基于上述的代码，如果需要新增一个图表，比如折线图 LineChart ，就要修改  Display 类的  display() 方法，增加新增的判断逻辑，很显然这样的做法违反开闭原则。而让类的实现符合开闭原则的方式就是引入抽象图表类 AbstractChart，作为其他图表的基类，让 Display 依赖这个抽象图表类 AbstractChart，然后通过 Display 决定使用哪种具体的图表类，实现代码变成了这样：
private Abstractchart chart;
public void display() {
    chart.display();  
}
现在我们需要新增折线图显示，在客户端向 Display 中注入一个 LineChart 对象即可，无须修改现有类库的源代码。
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相关设计模式面对违背开闭原则的程序代码，可以用到的设计模式有很多，比如工厂模式，观察者模式，模板方法模式，策略模式，组合模式，使用相关设计模式的关键点就是识别出最有可能变化和扩展的部分，然后构造抽象来隔离这些变化。
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小结有了开闭原则，面向需求的变化就能进行快速的调整实现功能，这大大提高系统的灵活性，可重用性和可维护性，但会增加一定的复杂性。
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L: 里式替换原则 (LSP)基本概念里式替换原则 (LSP) 英文全称为 Liskov Substitution Principle，基本定义为：在不影响程序正确性的基础上，所有使用基类的地方都能使用其子类的对象来替换。这里提到的基类和子类说的就是具有继承关系的两类对象，当我们传递一个子类型对象时，需要保证程序不会改变任何原基类的行为和状态，程序能正常运作。
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实例说明为了能理解里式替换原则，这里举一个经典的违反里式替换原则的例子：正方形/长方形问题。
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上图为正方形/长方形问题的类层次结构，Square 类继承了 Rectangle 类，但是 Rectangle 类的宽高可以分别修改，但是 Suqare 类的宽高则必须一同修改。如果 User 类操作 Rectangle 类时，但实际对象是 Suqare 类型时，就会造成程序的出错，如下方代码：
Rectangle r = ...; // 返回具体类型对象
r.setWidth(5);
r.setHeight(2);
assert(r.area() == 10);
当返回具体类型对象为 Suqare 类型，面积为 10 的断言就是失败，这样明显是不符合里式替换原则的。
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小结要让程序代码符合里式替换原则，需要保证子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法，换句话就是子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。
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另一方面，里式替换原则也是对开闭原则的补充，不仅适用于继承关系，还适用于实现关系的设计，常提到的 IS-A 关系是针对行为方式来说的，如果两个类的行为方式是不相容，那么就不应该使用继承，更好的方式是提取公共部分的方法来代替继承。
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I：接口隔离原则 (ISP)基本概念接口隔离原则 (ISP) 英文全称为 Interface Segregation Principle，基本定义：客户端不应该依赖那些它不需要的接口。客户端应该只依赖它实际使用的方法，因为如果一个接口具备了若干个方法，那就意味着它的实现类都要实现所有接口方法，从代码结构上就十分臃肿。
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实例说明﻿
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现在我们看下一个违反接口隔离原则的例子，从上面类结构图中，有多个用户需要操作 Operation 类。如果 User1 只需要使用 operation1 方法，User2 只需要使用 operation2 方法，User3 只需要使用 operation3 方法，那么很明显对于 User1 来说，不应该看到 operation2 和 operation3 这两个方法，要减少对自己不关心的方法的依赖，防止 Operation 类中 operation2 和 operation3 方法的修改，影响到 User1 的功能。这个问题可以通过将不同的操作隔离成独立的接口来解决，具体如下图所示。
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基于接口隔离原则，我们需要做的就是减少定义大而全的接口，类所要实现的接口应该分解成多个接口，然后根据所需要的功能去实现，并且在使用到接口方法的地方，用对应的接口类型去声明，这样可以解除调用方与对象非相关方法的依赖关系。总结一下，接口隔离原则主要功能就是控制接口的粒度大小，防止暴露给客户端无相关的代码和方法，保证了接口的高内聚，降低与客户端的耦合。
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D：依赖倒置原则 (DIP)基本概念依赖倒置原则 (DIP) 英文全称 Dependency Inversion Principle, DIP)，基本定义是：
高层模块不应该依赖低层模块，应该共同依赖抽象；
抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。
这里的抽象就是接口和抽象类，而细节就是实现接口或继承抽象类而产生的类。
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实例说明如何理解“高层模块不应该依赖低层模块，应该共同依赖抽象”呢？如果高层模块依赖于低层模块，那么低层模块的改动很有可能影响到高层模块，从而导致高层模块被迫改动，这样一来让高层模块的重用变得非常困难。
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而最佳的做法就如上图一样，在高层模块构建一个稳定的抽象层，并且只依赖这个抽象层；而由底层模块完成抽象层的实现细节。这样一来，高层类都通过该抽象接口使用下一层，移除了高层对底层实现细节的依赖。
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相关设计模式关于依赖倒置原则，可以用到的设计模式有工厂模式，模板方法模式，策略模式。
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小结依赖倒置原则可以减少类间的耦合性，提高系统的稳定性，降低并行开发引起的风险，提高代码的可读性和可维护性。同时依赖倒置原则也是框架设计的核心原则，善于创建可重用的框架和富有扩展性的代码，比如 Tomcat 容器的 Servlet 规范实现，Spring Ioc 容器实现。
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结语到这里，SOLID 设计原则就全部介绍完了，本文的主要目的还是对这六项原则系统地整理和总结，在后续的程序设计开发过程中能有意识地识别出设计原则和模式。如果大家对设计原则有更多想法和理解，欢迎留言，大家共同探讨。
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