软件架构设计的七大原则(附架构资料)

Posted 2023-02-28 天涯0818

软件架构设计的七大原则(附架构资料)

程序媛菲儿 2019-06-24 19:05:29

一、开闭原则

开闭原则（Open-Closed Principle OCP）是指一个软件实体，如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭。所谓的开始，是用抽象构建框架，用实现扩展细节。可以提高软件系统的可维护性和可复用性。开闭原则是面向对象中最基础的原则，实现开闭原则的基本思想就是面向抽象编程。

以某保险公司为例，每个保险公司都有很多产品，也就是所谓的险种，那么先来定义一个险种的接口：

•  

/**
 * 某保险公司险种
 */
public interface Risk 
 //获取险种编码
 String getRiskCode();
 //获取险种名称
 String getRiskName();
 //保费
 Double getPrem();

整个保险公司有很多险种，比如重疾险、年金保险、短期意外险、短期医疗、定期寿险.....那么我们先来创建一个长期重疾保险：

•  

/**
 * 长期重疾险
 */
public class BigDisease implements Risk
 private String riskCode;
 private String riskName;
 private Double prem;
 public BigDisease(String riskCode, String riskName, Double prem) 
 this.riskCode = riskCode;
 this.riskName = riskName;
 this.prem = prem;
 
 @Override
 public String getRiskCode() 
 return this.riskCode;
 
 @Override
 public String getRiskName() 
 return this.riskName;
 
 @Override
 public Double getPrem() 
 return this.prem;
 

现在保险公司推出了一个活动，给予承包重疾险的客户一个优惠，在保费上打8折，那么如果直接修改BigDisease中的getPrem方法则存在一定的风险，可能会影响其他地方调用的结果，那么我们如何在不修改原有方法的基础上实现这个功能呢？现在，我们再来创建一个BigDiseaseDisCount类处理优惠逻辑。

•  

/**
 * 重疾险打折处理类
 */
public class BigDiseaseDisCount extends BigDisease
 public BigDiseaseDisCount(String riskCode, String riskName, Double prem) 
 super(riskCode, riskName, prem);
 
 public Double getDisCountPrem()
 return super.getPrem()*0.8;
 

这样就能保证不修改原来代码的逻辑而进行扩展，降低了修改原代码的风险。

 

二、依赖倒置原则

依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle DIP）是指设计代码结构时，高层模块不应该依赖底层模块，两者都应该依赖其抽象。抽象不依赖细节，细节应该依赖抽象。通过依赖倒置，可以减少类与类之间的耦合性，提高系统的稳定性，提高代码的可读性和稳定性，降低修改代码给系统带来的风险。

大家要切记：以抽象为基准比以细节为基准搭建起来的架构要稳定的多，因此大家在拿到需求之后，要面向接口编程，先顶层再细节来进行编程。

还是以保险为例，张三想要去买一个保单，这个保单中有两个险种，一个是重疾险，一个是意外险：

•  

/**
 * 张三要买保险
 */
public class ZhangSan 
 public void byBidDisease()
 System.out.println("张三买了一份重疾保险");
 
 public void byAccidentRisk()
 System.out.println("张三买了一份意外险");
 

调用一下：

•  

public static void main(String[] args) 
 ZhangSan zhangsan = new ZhangSan();
 zhangsan.byAccidentRisk();
 zhangsan.byBidDisease();
 

不得不说，张三还是很有自我保护意识的，那么张三又想买一份定期寿险的话，就要修改原代码，在ZhangSan类中增加byAgeRisk方法，在main方法中也需要增加调用。如此一来发布代码风险是很高的，有时会代码意想不到的风险，那么要如何来优化代码。先创建一个byRisk接口：

•  

public interface ByRisk 
 void buy();

然后写重疾险：

•  

public class BigDisease implements ByRisk
 @Override
 public void buy() 
 System.out.println("张三买一份重疾");
 

在买一份意外险：

•  

public class AccidentRisk implements ByRisk
 @Override
 public void buy() 
 System.out.println("张三买了一份意外险");
 

再买一份定期寿险：

•  

public class AgeRisk implements ByRisk
 @Override
 public void buy() 
 System.out.println("张三买了一份定期寿险");
 

修改后的张三类：

•  

/**
 * 张三要买保险
 */
public class ZhangSan 
 public void buy(ByRisk byRisk)
 byRisk.buy();
 
 public static void main(String[] args) 
 ZhangSan zhangsan = new ZhangSan();
 zhangsan.buy(new BigDisease());
 zhangsan.buy(new AccidentRisk());
 zhangsan.buy(new AgeRisk());
 

 

这时候我们再来看代码，无论张三想买多少个险种，都不需要修改底层的代码，只需要创建一个新类并通过传参的方式告诉张三要买什么险种即可。实际上这就是依赖注入，注入的方式还有构造器注入和setter方式，这里就不举例说明了。

三、单一职责原则

单一职责（Simple Responsibility Principle SRP）是指不要存在多于一个导致类变更的原因。假设我们的类有两个职责，一旦需求发生变更，修改其中一个职责的代码，有可能会导致另外一个职责的代码功能发生故障。这样一来，这个类存在两个可能导致类变更的原因。如何解决这个问题，我们就要给这两个职责分别用两个类来实现，进行解耦。后期需求变更维护互不影响。这样的设计可以降低类的复杂度，提高类的可读性，提高系统的可维护性，降低变更引起的风险。

用现在比较流行的网课进行举例吧，网课通常分为直播课和录播课，直播课不能进行快进，而录播课可以进行快进，功能职责不一样，先创建一个类：

•  

public class Course 
 public void study(String courseName)
 if("直播课".equals(courseName))
 System.out.println(courseName + "不能快进");
 else
 System.out.println(courseName + "可以反复回看");
 
 

从上面代码来看，Course 类承担了两种处理逻辑。假如，现在要对课程进行加密，那么直播课和录播课的加密逻辑都不一样，必须要修改代码。而修改代码逻辑势必会相互影响容易造成不可控的风险。我们对职责进行分离解耦，来看代码，分别创建两个类ReplayCourse 和 LiveCourse：

•  

public class LiveCourse 
 public void study(String courseName)
 System.out.println(courseName + "可以反复回看");
 

public class ReplayCourse 
 public void study(String courseName)
 System.out.println(courseName + "不能快进");
 

四、接口隔离原则

接口隔离原则（Interface Segregation Principle ISP）是指使用多个专门的接口，而不是使用单一的总接口，客户端不应该依赖它不需要的接口。这个原则指导我们在设计接口的时候要注意如下几点：

1.一个类对一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

2.建立单一的接口，不要建立庞大臃肿的接口。

3.尽量细化接口，接口中的方法尽量少，但不是越少越好，要适度。

接口隔离原则是我们常说的高内聚低耦合的设计思想，从而使得类具有更好的可读性、可拓展性和可维护性。我们在设计接口的时候要多花时间去思考，要考虑业务模型，包括以后可能会发生变更的地方还要做一些预判。

那么我们来写一个动物行为的抽象：

•  

public interface IAnimal 
 void eat();
 void fly();
 void swim();

public class Bird implements IAnimal 
 @Override
 public void eat() 
 @Override
 public void fly() 
 @Override
 public void swim() 

public class Dog implements IAnimal 
 @Override
 public void eat() 
 @Override
 public void fly() 
 @Override
 public void swim() 

可以看出，Bird 的 swim()方法可能只能空着，Dog 的 fly()方法显然不可能的。这时候，我们针对不同动物行为来设计不同的接口，分别设计 IEatAnimal，IFlyAnimal 和ISwimAnimal 接口，来看代码：

•  

public interface IEatAnimal 
 void eat();

public interface IFlyAnimal 
 void fly();

public interface ISwimAnimal 
 void swim();

Dog 只实现 IEatAnimal 和 ISwimAnimal 接口：

•  

public class Dog implements ISwimAnimal,IEatAnimal 
 @Override
 public void eat() 
 @Override
 public void swim() 

 

五、迪米特法则

迪米特法则（LOD）是指一个对象应该对其他对象保持最少的了解，又叫最少知道原则，尽量降低类与类之间的耦合。迪米特原则主要强调之和朋友交流，不和陌生人说话。出现在成员变量、方法的输入、输出参数中的类都可以称之为成员朋友类，而出现在方法内的类不属于朋友类。

现在来设计一个权限系统，Boss 需要查看目前发布到线上的课程数量。这时候，Boss要找到 TeamLeader 去进行统计，TeamLeader 再把统计结果告诉 Boss。接下来我们还是来看代码：

Course 类：

•  

public class Course 

•  

public class TeamLeader 
 public void checkNumberOfCourses(List<Course> courseList)
 System.out.println("目前已发布的课程数量是："+courseList.size());
 

Boss类：

•  

public class Boss 
 public void commandCheckNumber(TeamLeader teamLeader)
 //模拟 Boss 一页一页往下翻页，TeamLeader 实时统计
 List<Course> courseList = new ArrayList<Course>();
 for (int i= 0; i < 20 ;i ++)
 courseList.add(new Course());
 
 teamLeader.checkNumberOfCourses(courseList);
 

测试代码：

•  

public static void main(String[] args) 
 Boss boss = new Boss();
 TeamLeader teamLeader = new TeamLeader();
 boss.commandCheckNumber(teamLeader);

写到这里，其实功能已经都已经实现，代码看上去也没什么问题。根据迪米特原则，Boss只想要结果，不需要跟 Course 产生直接的交流。而 TeamLeader 统计需要引用 Course对象。Boss 和 Course 并不是朋友 。那么就要做出如下修改：

•  

public class TeamLeader 
 public void checkNumberOfCourses()
 List<Course> courseList = new ArrayList<Course>();
 for(int i = 0 ;i < 20;i++)
 courseList.add(new Course());
 
 System.out.println("目前已发布的课程数量是："+courseList.size());
 

•  

public class Boss 
 public void commandCheckNumber(TeamLeader teamLeader)
 teamLeader.checkNumberOfCourses();
 

六、里式替换原则

里式替换原则（LSP）是指如果对每一个类型为T1的对象o1，都有类型为T2的对象o2，使得以T1定义的所有程序P在所有对象o1都替换成o2时，程序P的行为没有发生变化，那么类型T2是T1的子类型。

引申含义就是，子类可以扩展父类的功能，但是不能修改父类原有的功能。

1.子类可以实现父类的抽象方法，但是不能覆盖父类的非抽象方法。

2.子类中可以增加自己的方法。

3.当子类重载父类的方法时，方法的输入参数要比父类的输入参数更加宽松。

4.当子类的方法实现父类的方法时（重写、重载、实现抽象方法），方法的输出、返回值要比父类的输出、返回值更加严格或相等。

使用里氏原则有如下优点：

1.约束集成泛滥，开闭原则的一种体现。

2.加强程序的健壮性，同时变更时也可以做到更好的兼容性，提高程序的维护性、扩展性。降低需求变更时引入的风险。

现在来描述一个经典的业务场景，用正方形、矩形和四边形的关系说明里氏替换原则，我们都知道正方形是一个特殊的长方形，那么就可以创建一个长方形父类 Rectangle 类：

•  

public class Rectangle 
 private long height;
 private long width;
 @Override
 public long getWidth() 
 return width;
 
 @Override
 public long getLength() 
 return length;
 
 public void setLength(long length) 
 this.length = length;
 
 public void setWidth(long width) 
 this.width = width;
 

创建正方形 Square 类继承长方形：

•  

public class Square extends Rectangle 
 private long length;
 public long getLength() 
 return length;
 
 public void setLength(long length) 
 this.length = length;
 
 @Override
 public long getWidth() 
 return getLength();
 
 @Override
 public long getHeight() 
 return getLength();
 
 @Override
 public void setHeight(long height) 
 setLength(height);
 
 @Override
 public void setWidth(long width) 
 setLength(width);
 

测试代码：

•  

public static void main(String[] args) 
 Rectangle rectangle = new Rectangle();
 rectangle.setWidth(20);
 rectangle.setHeight(10);
 resize(rectangle);

现在我们再来看下面的代码，把长方形 Rectangle 替换成它的子类正方形 Square，修改测试代码：

•  

public static void main(String[] args) 
 Square square = new Square();
 square.setLength(10);
 resize(square);

这时候我们运行的时候就出现了死循环，违背了里氏替换原则，将父类替换为子类后，程序运行结果没有达到预期。因此，我们的代码设计是存在一定风险的。里氏替换原则只存在父类与子类之间，约束继承泛滥。我们再来创建一个基于长方形与正方形共同的抽象四边形 Quadrangle 接口：

•  

public interface Quadrangle 
 long getWidth();
 long getHeight();

修改长方形 Rectangle 类：

•  

public class Rectangle implements Quadrangle 
 private long height;
 private long width;
 @Override
 public long getWidth() 
 return width;
 
 public long getHeight() 
 return height;
 
 public void setHeight(long height) 
 this.height = height;
 
 public void setWidth(long width) 
 this.width = width;
 

修改正方形类 Square 类：

•  

public class Square implements Quadrangle 
 private long length;
 public long getLength() 
 return length;
 
 public void setLength(long length) 
 this.length = length;
 
 @Override
 public long getWidth() 
 return length;
 
 @Override
 public long getHeight() 
 return length;
 

此时，如果我们把 resize()方法的参数换成四边形 Quadrangle 类，方法内部就会报错。因为正方形 Square 已经没有了 setWidth()和 setHeight()方法了。因此，为了约束继承泛滥，resize()的方法参数只能用 Rectangle 长方形。

七、合成复用原则

合成复原则（CARP）是指尽量使用对象组合、聚合，而不是集成达到软件复用的目的。可以使系统更加灵活，降低类和类之间的耦合度，一个类的变化对其他的类造成的影响较小。

继承我们叫白箱复用，相当于把所有的实现细节暴露给子类。组合、聚合也称为黑箱复用，对类以外的对象是无法获得实现细节的。

以数据库操作为例，先来创建 DBConnection 类：

•  

public class DBConnection 
 public String getConnection()
 return "mysql 数据库连接";
 

创建 ProductDao 类：

•  

public class ProductDao
 private DBConnection dbConnection;
 public void setDbConnection(DBConnection dbConnection) 
 this.dbConnection = dbConnection;
 
 public void addProduct()
 String conn = dbConnection.getConnection();
 System.out.println("使用"+conn+"增加产品");
 

这就是一种非常典型的合成复用原则应用场景。但是，目前的设计来说，DBConnection还不是一种抽象，不便于系统扩展。目前的系统支持 MySQL 数据库连接，假设业务发生变化，数据库操作层要支持 Oracle 数据库。当然，我们可以在 DBConnection 中增加对Oracle 数据库支持的方法。但是违背了开闭原则。其实，我们可以不必修改 Dao 的代码，将 DBConnection 修改为 abstract，来看代码：

•  

public abstract class DBConnection 
 public abstract String getConnection();

然后，将 MySQL 的逻辑抽离：

•  

public class MySQLConnection extends DBConnection 
 @Override
 public String getConnection() 
 return "MySQL 数据库连接";
 

再创建 Oracle 支持的逻辑：

•  

public class OracleConnection extends DBConnection 
 @Override
 public String getConnection() 
 return "Oracle 数据库连接";
 

具体选择交给应用层。

设计原则总结

学习设计原则，学习设计模式的基础。在实际开发过程中，并不是一定要求所有代码都遵循设计原则，我们要考虑人力、时间、成本、质量，不是刻意追求完美，要在适当的场景遵循设计原则，体现的是一种平衡取舍，帮助我们设计出更加优雅的代码结构。