Java设计原则

面向对象的设计，我们通常会涉及到两个元素：接口，类，及他们之间的协作关系。

对于接口的设计：需要考虑接口隔离原则

对于类的设计：需要考虑类本身的设计，需要考虑类的职责是否单一（单一职责原则）；对于有继承关系的类设计，要注意子类是否改变父类的方法，目标是不要改变，子类应该只扩展父类的行为（里氏替换原则，开闭原则），这样才能把将来子类变化时产生的影响缩小到最小的范围。

对于协作关系的设计：做顶层的框架设计时，协作应该是接口之间发生关系，接口之间的调用（依赖倒置原则），当1个类需要和其他类发生调用关系时，可以考虑增加1个中间者来转发调用关系（迪米特法则，不常用），缩小类更变影响的范围。

单一职责原则(Single Responsibility Principle)

定义：
一个类只负责一个功能领域的职责；换句话说，就一个类而言，应该只有一个引起它变化的原因。

注意：

职责扩散是单一职责的挑战，应在其扩散到不可控制之前进行代码重构。
只有在逻辑足够简单或者方法数量足够少，才能够违反单一职责
单一职责的优点主要是：降低类的复杂度，提高类的可读性和可维护性。

例子：
重构前：
Java设计原则

重构后：
Java设计原则

在CustomerDataChart中定义了多种功能，例如数据库连接、查询顾客、显示图标多个职责。
可以将其进行分解成三个类，分别负责不同的职责。

开闭原则(Open-Closed Principle)

定义：
软件实体应该对扩展开放，对修改关闭。

注意：

抽象化设计是开闭原则的关键：用抽象类构架框架，用实现扩展细节。
其它原则和设计模式的整体概括，该原则是主要目标。

例子：
重构前：
Java设计原则

重构后：
Java设计原则

先前使用type作为显示图类型的判断因子，如果新增一种图，则需要修改ChartDisplay类，违反了向修改封闭的原则。
重新构建一个抽象类AbstractChart类，所有图像显示都需继承实现抽象类，如果有新的显示类只需要扩展一个新类，而不需要修改ChartDisplay类，符合向扩展开放的原则。
这个重构同时也符合依赖倒置的原则，使客户端程序不需要依赖具体实现，而是依赖抽象。
但是这个重构需要客户端知道所有显示图像类。

里氏代换原则(Liskov Substitution Principle)

定义：
所有引用基类(父类)的地方必需能够透明地使用子类对象。

注意：

将一个基类替换成其子类，程序不会产生任何错误和异常；反之则不成立。
里氏代换原则要求不能破坏继承体系，具体表现在：
1. 子类应该实现父类的所有抽象方法，不要覆盖父类的非抽象方法。
2. 子类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（即方法的形参）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抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格。

例子：
重构前：
Java设计原则

重构后：
Java设计原则

重构前，有大量的代码重复，如果增加新的用户，则需要维护EmailSender。
重构后，利用里氏替换原则，能够使用Customer基类的地方，都可以替换为其子类，方便扩展。

依赖倒置原则(Dependency Inversion Principle)

定义：
抽象不依赖于细节，细节依赖于抽象，针对接口编程。

注意：

在程序代码中传递参数或者关联关系式，尽量引用高层的抽象层类。即：使用接口和抽象类进行变量生命、参数类型生命、方法返回类型生命以及数据类型的转换。
当一个对象和其它对象有依赖关系时，可以利用依赖注入的方法将类之间进行解耦。主要有三种：构造注入，Set方法和接口注入。
上述三个原则之间的关系：开闭是原则，里氏是基础，依赖倒置是手段。

参考资料：
深入理解依赖注入

例子：
重构前：
Java设计原则

重构后：
Java设计原则

重构前如果需要更改不同的DataConvertor就需要更改CustomerDAO的源码。
重构后可以直接利用配置文件指定哪个类，并不需要修改代码。

接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

定义：
使用多个专门的接口，而不是使用功能复杂的单一接口。

注意：

控制接口的粒度，接口不能太小，如果太小会导致系统中接口泛滥，不利于维护；接口也不能太大，太大的接口将违背接口隔离原则，灵活性较差，使用起来很不方便。

例子：
重构前：
Java设计原则

重构后：
Java设计原则

合成复用原则(Composite Resuse Principle)

定义：
又称为组合/聚合复用原则(Composition/Aggregate Reuse Pinciple)，尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的。

① 优点：

新对象存取成分对象的唯一方法是通过成分对象的接口；

这种复用是黑箱复用，因为成分对象的内部细节是新对象所看不见的；

这种复用支持包装；

这种复用所需的依赖较少；

每一个新的类可以将焦点集中在一个任务上；

这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以使用合成/聚合关系将新的责任委派到合适的对象。

② 缺点：

通过这种方式复用建造的系统会有较多的对象需要管理。

继承复用

① 优点：

新的实现较为容易，因为基类的大部分功能可以通过继承关系自动进入派生类；

修改或扩展继承而来的实现较为容易。

② 缺点：

继承复用破坏包装，因为继承将基类的实现细节暴露给派生类，这种复用也称为白箱复用；如果基类的实现发生改变，那么派生类的实现也不得不发生改变；从基类继承而来的实现是静态的，不可能在运行时发生改变，不够灵活。

注意：

组合/聚合可以降低类之间的耦合度，并且不会暴漏类的具体实现细节，称为“黑箱复用”；如果是使用继承机型复用，则会将实现细节暴漏给子类，破会系统的封闭性，如果基类变化，子类也随之变化，不具有灵活性，称为“白箱复用”。
一般来说，如果两个类之间是"Has-A"关系，则使用组合/聚合；如果是"Is-A"关系，则使用继承。

例子：
重构前：
Java设计原则