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物件導向設計原則是OOPS編程的核心, 但我見過的大多數Java程式員熱心於像Singleton (單例) 、 Decorator(裝飾器)、Observer(觀察者) 等設計模式,而沒有把足夠多的注意力放在學習物件導向的分析和設計上面。學習物件導向編程像“抽象”、“封裝”、“多態”、“繼承” 等基礎知識是重要的,但同時為了建立簡潔、模組化的設計,瞭解這些設計原則也同等重要。我經常看到不同經驗水平的java程式員,他們有的不知道這些OOPS 和SOLID設計原則,有的只是不知道一個特定的設計原則會帶來怎樣的益處,甚至不知道在編碼中如何使用這些設計原則。
(設計原則)底線是永遠追求高內聚、低耦合的編碼或設計。 Apache 和 Sun的開原始碼是學習Java和OOPS設計原則的良好範例。它們向我們展示了,設計原則在Java編程中是如何使用的。Java JDK 使用了一些設計原則:BorderFactory類中的原廠模式、Runtime類中的單例模式、java.io 類中的裝飾器模式。順便說一句,如果您真的對Java編碼原則感興趣,請閱讀Joshua Bloch 的Effective Java,他編寫過Java API。我個人最喜歡的關於物件導向設計模式的是Kathy Sierra的Head First Design Pattern(深入淺出設計模式),以及其它的關於深入淺出物件導向分析和設計。這些書對編寫更好的代碼有很大協助,充分利用各種物件導向和SOLID的設計模式。
雖然學習設計模式(原則)最好的方法是現實中的例子和理解違反設計原則帶來的不便,本文的宗旨是向那些沒有接觸過或正處於學習階段的Java程式員介紹物件導向設計原則。個人認為OOPS 和SOLID設計原則需要有文章清楚的介紹它們,在此一定儘力做到這點,但現在請您準備瀏覽以下設計模式(原則)。
DRY – Don’t repeat yourself
我們第一個物件導向設計原則是:DRY ,從名稱可以看出DRY(don’t repeat yourself)意思是不寫重複代碼,而是抽象成可複用的代碼塊。如果您有兩處以上相同的代碼塊,請考慮把它們抽象成一個單獨的方法;或者您多次使用了硬式編碼值,請把它們設定成公用常量。這種物件導向設計原則的優點是易於維護。重要的是不要濫用此原則,重複不是針對代碼而是針對功能來說。它的意思是,如果您使用通用代碼來驗證OrderID和SSN,這並不意味著它們是相同的或者他們今後將保持不變。通過把通用代碼用於實現兩種不同的功能,或者您把這兩種不同的功能密切地聯絡在一起;當您的OrderID格式改變時,您的SSN驗證代碼將會中斷。所以要當心這種耦合,而且不要把彼此之間沒有任何關係卻類似的程式碼群組合在一起。
封裝經常修改的代碼
Encapsulate What Changes
在軟體領域永遠不變的是“變化”,所以把您認為或懷疑將來要被修改的代碼封裝起來。這種物件導向設計模式的優點是:易於測試和維護恰當封裝的代碼。如果您在用Java編程,那麼請遵守以下原則:變數和方法的存取權限預設設定為私人,並且逐步放開它們的存取權限,例如從“private”到“protected ”、“not public”。Java中的一些設計模式使用了封裝,工廠設計模式就是一個例子,它封裝了建立對象的代碼而且提供了以下靈活性:後續產生新對象不影響現有的代碼。
開啟/關閉設計原則
OpenClosed Design Principle
類、方法/函數應當是對擴充(新功能)開放,對修改閉合。這是另外一個優雅的SOLID 設計原則,以防止有人修改通過測試的代碼。理想情況下假如您添加了新功能,那麼您的代碼要經過測試,這就是開啟/關閉設計原則的目標。順便說一句,SOLID中的字母“O”指的是開啟/關閉設計原則。
單一職責原則
Single Responsibility Principle(SRP)
單一職責原則是另外一個SOLID設計原則,SOLID中的字母“S”指的就是它。按照SRP,一個類修改的原因應當有且只有一個,或者一個類應當總是實現單一功能。如果您在Java中的一個類實現了多個功能,那麼這些功能之間便產生了耦合關係;如果您修改其中的一個功能,您有可能就打破了這種耦合關係,那麼就要進行另一輪測試以避免產生新的問題。
依賴注入/反轉原則
Dependency Injection or Inversion principle
不要問架構的依賴注入功能將會給你帶來什麼益處,依賴注入功能在spring架構裡已經很好的得到了實現,這一設計原則的優雅之處在於:DI架構注入的任何一個類都易於用類比對象進行測試,並且更易於維護,因為建立對象的代碼在架構裡是集中的而且和用戶端代碼是隔離的。有多種方法可以實現依賴注入,例如使用位元組碼工具,其中一些AOP(面向切面編程)架構如切入點運算式或者spring裡使用的代理。想對這種SOLID設計原則瞭解更多,請看IOC 和 DI設計模式中的例子。 SOLID中的字母“D”指的就是這種設計原則。
優先使用組合而非繼承
Favor Composition over Inheritance
如果可以的話,要優先使用組合而非繼承。你們中的一些人可能為此爭論,但我發現組合比繼承更有靈活性。組合允許在運行時通過設定屬性修改一個類的行為,通過使用多態即以介面的形式實作類別之間的組合關係,並且為修改組合關係提供了靈活性。甚至 Effective Java也建議優先使用組合而非繼承。
裡氏替換原則
Liskov Substitution Principle LSP
根據裡氏替換原則,父類出現的地方可以用子類來替換,例如父類的方法或函數被子類對象替換應該沒有任何問題。LSP和單一職責原則、介面隔離原則密切相關。如果一個父類的功能比其子類還要多,那麼它可能不支援這一功能,而且也違反了LSP設計原則。為了遵循 LSP SOLID設計原則,衍生類別或子類(相對父類比較)必須增強功能,而非減少。SOLID中的字母“L”指的就是 LSP設計原則。
介面隔離原則
介面隔離原則指,如果不需要一個介面的功能,那麼就不要實現此介面。這大多在以下情況發生:一個介面包含多種功能,而實作類別只需要其中一種功能。介面設計是一種棘手的工作,因為一旦發布了介面,您就不能修改它否則會影響實現該介面的類。在Java中這種設計原則的另一個好處是:介面有一個特點,任何類使用它之前都要實現該介面所有的方法,所以使用功能單一的介面意味著實現更少的方法。
編程以介面(而非實現對象)為中心
編程總是以介面(而非實現對象)為中心,這會使代碼的結構靈活,而且任何一個新的介面實現對象都能相容現有代碼結構。所以在Java中,變數、方法傳回值、方法參數的資料類型請使用介面。這是許多Java程式員的建議, Effective Java 以及 head first design pattern 等書也這樣建議。
代理原則
不要期望一個類完成所有的功能,可以適當地把一些功能交給代理類實現。代理原則的典範是:Java 中的equals() 和 hashCode() 方法。為了比較兩個對象的內容是否相同,我們讓用於比較的類本身完成對比工作而非它們的調用方。這種設計原則的好處是:沒有重複編碼而且很容易修改類的行為。
總結
以上所有物件導向的設計原則可以協助您寫出靈活、優雅的代碼:具有高內聚低耦合的代碼結構。理論只是第一步,更重要的是我們要習得一種能力去發現什麼時候使用這些設計原則。去發現我們是否違反了什麼設計原則和影響了代碼的靈活性,但是世界上沒有什麼是完美的,我們解決問題時不能總去使用設計模式和設計原則,它們大多用於有較長維護周期的大型企業專案。
Java程式員應當知道的10個物件導向設計原則