10种常见的软件架构模式

(原文)http://www.cnblogs.com/IcanFixIt/p/7518146.html

有没有想过要设计多大的企业规模系统?在主要的软件开发开始之前,我们必须选择一个合适的体系结构,它将为我们提供所需的功能和质量属性。因此,在将它们应用到我们的设计之前,我们应该了解不同的体系结构。

什么是架构模式?

根据维基百科中的定义:

架构模式是一个通用的、可重用的解决方案,用于在给定上下文中的软件体系结构中经常出现的问题。架构模式与软件设计模式类似,但具有更广泛的范围。

在本文中,将简要地解释以下10种常见的体系架构模式,以及它们的用法、优缺点。

  1. 分层模式
  2. 客户端-服务器模式
  3. 主从设备模式
  4. 管道-过滤器模式
  5. 代理模式
  6. 点对点模式
  7. 事件总线模式
  8. 模型-视图-控制器模式
  9. 黑板模式
  10. 解释器模式

一. 分层模式

这种模式也称为多层体系架构模式。它可以用来构造可以分解为子任务组的程序,每个子任务都处于一个特定的抽象级别。每个层都为下一个提供更高层次服务。

一般信息系统中最常见的是如下所列的4层。

  • 表示层(也称为UI层)
  • 应用层(也称为服务层)
  • 业务逻辑层(也称为领域层)
  • 数据访问层(也称为持久化层)

使用场景:

  • 一般的桌面应用程序
  • 电子商务Web应用程序

Layered pattern

二. 客户端-服务器模式

这种模式由两部分组成:一个服务器和多个客户端。服务器组件将为多个客户端组件提供服务。客户端从服务器请求服务,服务器为这些客户端提供相关服务。此外,服务器持续侦听客户机请求。

使用场景:

  • 电子邮件,文件共享和银行等在线应用程序

Client-server pattern

三. 主从设备模式

这种模式由两方组成;主设备和从设备。主设备组件在相同的从设备组件中分配工作,并计算最终结果,这些结果是由从设备返回的结果。

使用场景:

  • 在数据库复制中,主数据库被认为是权威的来源,并且要与之同步
  • 在计算机系统中与总线连接的外围设备(主和从驱动器)

Master-slave pattern

四. 管道-过滤器模式

此模式可用于构造生成和处理数据流的系统。每个处理步骤都封装在一个过滤器组件内。要处理的数据是通过管道传递的。这些管道可以用于缓冲或用于同步。

使用场景:

  • 编译器。连续的过滤器执行词法分析、解析、语义分析和代码生成
  • 生物信息学的工作流

Pipe-filter pattern

五. 代理模式

此模式用于构造具有解耦组件的分布式系统。这些组件可以通过远程服务调用彼此交互。代理组件负责组件之间的通信协调。

服务器将其功能(服务和特征)发布给代理。客户端从代理请求服务,然后代理将客户端重定向到其注册中心的适当服务。

使用场景:

  • 消息代理软件,如Apache ActiveMQ,Apache Kafka,RabbitMQ和JBoss Messaging

Broker pattern

六. 点对点模式

在这种模式中,单个组件被称为对等点。对等点可以作为客户端,从其他对等点请求服务,作为服务器,为其他对等点提供服务。对等点可以充当客户端或服务器或两者的角色,并且可以随时间动态地更改其角色。

使用场景:

  • 像Gnutella和G2这样的文件共享网络
  • 多媒体协议,如P2PTV和PDTP
  • 像Spotify这样的专有多媒体应用程序

Peer-to-peer pattern

七. 事件总线模式

这种模式主要是处理事件,包括4个主要组件:事件源、事件监听器、通道和事件总线。消息源将消息发布到事件总线上的特定通道上。侦听器订阅特定的通道。侦听器会被通知消息,这些消息被发布到它们之前订阅的一个通道上。

使用场景:

  • 安卓开发
  • 通知服务

Event-bus pattern

八. 模型-视图-控制器模式

这种模式,也称为MVC模式,把一个交互式应用程序划分为3个部分,

  • 模型:包含核心功能和数据
  • 视图:将信息显示给用户(可以定义多个视图)
  • 控制器:处理用户输入的信息

这样做是为了将信息的内部表示与信息的呈现方式分离开来,并接受用户的请求。它分离了组件,并允许有效的代码重用。

使用场景:

  • 在主要编程语言中互联网应用程序的体系架构
  • 像Django和Rails这样的Web框架

Model-view-controller pattern

九. 黑板模式

这种模式对于没有确定解决方案策略的问题是有用的。黑板模式由3个主要组成部分组成。

  • 黑板——包含来自解决方案空间的对象的结构化全局内存
  • 知识源——专门的模块和它们自己的表示
  • 控制组件——选择、配置和执行模块

所有的组件都可以访问黑板。组件可以生成添加到黑板上的新数据对象。组件在黑板上查找特定类型的数据,并通过与现有知识源的模式匹配来查找这些数据。

使用场景:

  • 语音识别
  • 车辆识别和跟踪
  • 蛋白质结构识别
  • 声纳信号的解释

Blackboard pattern

十. 解释器模式

这个模式用于设计一个解释用专用语言编写的程序的组件。它主要指定如何评估程序的行数,即以特定的语言编写的句子或表达式。其基本思想是为每种语言的符号都有一个分类。

使用场景:

  • 数据库查询语言,比如SQL
  • 用于描述通信协议的语言

Interpreter pattern


体系架构模式的比较

下面给出的表格总结了每种体系架构模式的优缺点。

名称 优点 缺点
分层模式 一个较低的层可以被不同的层所使用。层使标准化更容易,因为我们可以清楚地定义级别。可以在层内进行更改,而不会影响其他层。 不是普遍适用的。在某些情况下,某些层可能会被跳过。
客户端-服务器模式 很好地建立一组服务,用户可以请求他们的服务。 请求通常在服务器上的单独线程中处理。由于不同的客户端具有不同的表示,进程间通信会导致额外开销。
主从设备模式 准确性——将服务的执行委托给不同的从设备,具有不同的实现。 从设备是孤立的:没有共享的状态。主-从通信中的延迟可能是一个问题,例如在实时系统中。这种模式只能应用于可以分解的问题。
管道-过滤器模式 展示并发处理。当输入和输出由流组成时,过滤器在接收数据时开始计算。轻松添加过滤器,系统可以轻松扩展。过滤器可重复使用。 可以通过重新组合一组给定的过滤器来构建不同的管道。 效率受到最慢的过滤过程的限制。从一个过滤器移动到另一个过滤器时的数据转换开销。
代理模式 允许动态更改、添加、删除和重新定位对象,这使开发人员的发布变得透明。 要求对服务描述进行标准化。
点对点模式 支持分散式计算。对任何给定节点的故障处理具有强大的健壮性。在资源和计算能力方面具有很高的可扩展性。 服务质量没有保证,因为节点是自愿合作的。安全是很难得到保证的。性能取决于节点的数量。
事件总线模式 新的发布者、订阅者和连接可以很容易地添加。对高度分布式的应用程序有效。 可伸缩性可能是一个问题,因为所有消息都是通过同一事件总线进行的。
模型-视图-控制器模式 可以轻松地拥有同一个模型的多个视图,这些视图可以在运行时连接和断开。 增加复杂性。可能导致许多不必要的用户操作更新。
黑板模式 很容易添加新的应用程序。扩展数据空间的结构很简单。 修改数据空间的结构非常困难,因为所有应用程序都受到了影响。可能需要同步和访问控制。
解释器模式 高度动态的行为是可行的。对终端用户编程性提供好处。提高灵活性,因为替换一个解释程序很容易。 由于解释语言通常比编译后的语言慢,因此性能可能是一个问题。

23种设计模式

23种设计模式

目录

创建型

  1. Factory Method(工厂方法)
  2. Abstract Factory(抽象工厂)
  3. Builder(建造者)
  4. Prototype(原型)
  5. Singleton(单例)

结构型

  1. Adapter Class/Object(适配器)
  2. Bridge(桥接)
  3. Composite(组合)
  4. Decorator(装饰)
  5. Facade(外观)
  6. Flyweight(享元)
  7. Proxy(代理)

行为型

  1. Interpreter(解释器)
  2. Template Method(模板方法)
  3. Chain of Responsibility(责任链)
  4. Command(命令)
  5. Iterator(迭代器)
  6. Mediator(中介者)
  7. Memento(备忘录)
  8. Observer(观察者)
  9. State(状态)
  10. Strategy(策略)
  11. Visitor(访问者)

创建型

1. Factory Method(工厂方法)

意图:

定义一个用于创建对象的接口,让子类决定实例化哪一个类。Factory Method 使个类的实例化延迟到其子类。

适用性:

当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候。

当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候。

当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类中的某一个,并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候。

2. Abstract Factory(抽象工厂)

意图:

提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口,而无需指定它们具体的类。
适用性:

一个系统要独立于它的产品的创建、组合和表示时。

一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时。

当你要强调一系列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时。

当你提供一个产品类库,而只想显示它们的接口而不是实现时。

3. Builder(建造者)

意图:

将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

适用性:

当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时。

当构造过程必须允许被构造的对象有不同的表示时。

4. Prototype(原型)

意图:

用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

适用性:

当要实例化的类是在运行时刻指定时,例如,通过动态装载;或者

为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时;或者

当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。

5. Singleton(单例)

意图:

保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

适用性:

当类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。

当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的,并且客户应该无需更改代码就能使用一个扩展的实例时。

结构型

6. Adapter Class/Object(适配器)


意图:

将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter 模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。
适用性:

你想使用一个已经存在的类,而它的接口不符合你的需求。

你想创建一个可以复用的类,该类可以与其他不相关的类或不可预见的类(即那些接口可能不一定兼容的类)协同工作。

(仅适用于对象Adapter )你想使用一些已经存在的子类,但是不可能对每一个都进行子类化以匹配它们的接口。对象适配器可以适配它的父类接口。

7. Bridge(桥接)

意图:

将抽象部分与它的实现部分分离,使它们都可以独立地变化。

适用性:

你不希望在抽象和它的实现部分之间有一个固定的绑定关系。例如这种情况可能是因为,在程序运行时刻实现部分应可以被选择或者切换。

类的抽象以及它的实现都应该可以通过生成子类的方法加以扩充。这时Bridge 模式使你可以对不同的抽象接口和实现部分进行组合,并分别对它们进行扩充。

对一个抽象的实现部分的修改应对客户不产生影响,即客户的代码不必重新编译。

(C++)你想对客户完全隐藏抽象的实现部分。在C++中,类的表示在类接口中是可见的。

有许多类要生成。这样一种类层次结构说明你必须将一个对象分解成两个部分。Rumbaugh 称这种类层次结构为“嵌套的普化”(nested generalizations )。

你想在多个对象间共享实现(可能使用引用计数),但同时要求客户并不知道这一点。一个简单的例子便是Coplien 的String 类[ Cop92 ],在这个类中多个对象可以共享同一个字符串表示(StringRep )。

8. Composite(组合)


意图:

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。C o m p o s i t e 使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
适用性:

你想表示对象的部分-整体层次结构。

你希望用户忽略组合对象与单个对象的不同,用户将统一地使用组合结构中的所有对象。

9. Decorator(装饰)


意图:
动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说,Decorator 模式相比生成子类更为灵活。
适用性:

在不影响其他对象的情况下,以动态、透明的方式给单个对象添加职责。

处理那些可以撤消的职责。

当不能采用生成子类的方法进行扩充时。一种情况是,可能有大量独立的扩展,为支持每一种组合将产生大量的子类,使得子类数目呈爆炸性增长。另一种情况可能是因为类定义被隐藏,或类定义不能用于生成子类。

10. Facade(外观)

意图:

为子系统中的一组接口提供一个一致的界面,Facade模式定义了一个高层接口,这个接口使得这一子系统更加容易使用。

适用性:

当你要为一个复杂子系统提供一个简单接口时。子系统往往因为不断演化而变得越来越复杂。大多数模式使用时都会产生更多更小的类。这使得子系统更具可重用性,也更容易对子系统进行定制,但这也给那些不需要定制子系统的用户带来一些使用上的困难。Facade 可以提供一个简单的缺省视图,这一视图对大多数用户来说已经足够,而那些需要更多的可定制性的用户可以越过facade层。

客户程序与抽象类的实现部分之间存在着很大的依赖性。引入facade 将这个子系统与客户以及其他的子系统分离,可以提高子系统的独立性和可移植性。

当你需要构建一个层次结构的子系统时,使用facade模式定义子系统中每层的入口点。如果子系统之间是相互依赖的,你可以让它们仅通过facade进行通讯,从而简化了它们之间的依赖关系。

11. Flyweight(享元)

意图:

运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

适用性:

一个应用程序使用了大量的对象。

完全由于使用大量的对象,造成很大的存储开销。

对象的大多数状态都可变为外部状态。

如果删除对象的外部状态,那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象。

应用程序不依赖于对象标识。由于Flyweight 对象可以被共享,对于概念上明显有别的对象,标识测试将返回真值。

12. Proxy(代理)

意图:

为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

适用性:

在需要用比较通用和复杂的对象指针代替简单的指针的时候,使用Proxy模式。下面是一 些可以使用Proxy模式常见情况:
1) 远程代理(Remote Proxy )为一个对象在不同的地址空间提供局部代表。 NEXTSTEP[Add94] 使用NXProxy 类实现了这一目的。Coplien[Cop92] 称这种代理为“大使” (Ambassador )。
2 )虚代理(Virtual Proxy )根据需要创建开销很大的对象。在动机一节描述的ImageProxy 就是这样一种代理的例子。
3) 保护代理(Protection Proxy )控制对原始对象的访问。保护代理用于对象应该有不同 的访问权限的时候。例如,在Choices 操作系统[ CIRM93]中KemelProxies为操作系统对象提供 了访问保护。
4 )智能指引(Smart Reference )取代了简单的指针,它在访问对象时执行一些附加操作。 它的典型用途包括:

对指向实际对象的引用计数,这样当该对象没有引用时,可以自动释放它(也称为SmartPointers[Ede92 ] )。

当第一次引用一个持久对象时,将它装入内存。

在访问一个实际对象前,检查是否已经锁定了它,以确保其他对象不能改变它。

行为型

13. Interpreter(解释器)

意图:

给定一个语言,定义它的文法的一种表示,并定义一个解释器,这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

适用性:

当有一个语言需要解释执行, 并且你可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时,可使用解释器模式。而当存在以下情况时该模式效果最好:

该文法简单对于复杂的文法, 文法的类层次变得庞大而无法管理。此时语法分析程序生成器这样的工具是更好的选择。它们无需构建抽象语法树即可解释表达式, 这样可以节省空间而且还可能节省时间。

效率不是一个关键问题最高效的解释器通常不是通过直接解释语法分析树实现的, 而是首先将它们转换成另一种形式。例如,正则表达式通常被转换成状态机。但即使在这种情况下, 转换器仍可用解释器模式实现,该模式仍是有用的。

14. Template Method(模板方法)

意图:

定义一个操作中的算法的骨架,而将一些步骤延迟到子类中。TemplateMethod 使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

适用性:

一次性实现一个算法的不变的部分,并将可变的行为留给子类来实现。

各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。这是Opdyke 和Johnson 所描述过的“重分解以一般化”的一个很好的例子[ OJ93 ]。首先识别现有代码中的不同之处,并且将不同之处分离为新的操作。最后,用一个调用这些新的操作的模板方法来替换这些不同的代码。

控制子类扩展。模板方法只在特定点调用“hook ”操作(参见效果一节),这样就只允许在这些点进行扩展。

15. Chain of Responsibility(责任链)

意图:

使多个对象都有机会处理请求,从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链,并沿着这条链传递该请求,直到有一个对象处理它为止。

适用性:

有多个的对象可以处理一个请求,哪个对象处理该请求运行时刻自动确定。

你想在不明确指定接收者的情况下,向多个对象中的一个提交一个请求。

可处理一个请求的对象集合应被动态指定。

16. Command(命令)

意图:

将一个请求封装为一个对象,从而使你可用不同的请求对客户进行参数化;对请求排队或记录请求日志,以及支持可撤消的操作。

适用性:

抽象出待执行的动作以参数化某对象,你可用过程语言中的回调(call back)函数表达这种参数化机制。所谓回调函数是指函数先在某处注册,而它将在稍后某个需要的时候被调用。Command 模式是回调机制的一个面向对象的替代品。

在不同的时刻指定、排列和执行请求。一个Command对象可以有一个与初始请求无关的生存期。如果一个请求的接收者可用一种与地址空间无关的方式表达,那么就可将负责该请求的命令对象传送给另一个不同的进程并在那儿实现该请求。

支持取消操作。Command的Excute 操作可在实施操作前将状态存储起来,在取消操作时这个状态用来消除该操作的影响。Command 接口必须添加一个Unexecute操作,该操作取消上一次Execute调用的效果。执行的命令被存储在一个历史列表中。可通过向后和向前遍历这一列表并分别调用Unexecute和Execute来实现重数不限的“取消”和“重做”。

支持修改日志,这样当系统崩溃时,这些修改可以被重做一遍。在Command接口中添加装载操作和存储操作,可以用来保持变动的一个一致的修改日志。从崩溃中恢复的过程包括从磁盘中重新读入记录下来的命令并用Execute操作重新执行它们。

用构建在原语操作上的高层操作构造一个系统。这样一种结构在支持事务( transaction)的信息系统中很常见。一个事务封装了对数据的一组变动。Command模式提供了对事务进行建模的方法。Command有一个公共的接口,使得你可以用同一种方式调用所有的事务。同时使用该模式也易于添加新事务以扩展系统。

17. Iterator(迭代器)

意图:

提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。

适用性:

访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示。

支持对聚合对象的多种遍历。

为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口(即, 支持多态迭代)。

18. Mediator(中介者)

意图:

用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不需要显式地相互引用,从而使其耦合松散,而且可以独立地改变它们之间的交互。

适用性:

一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信。产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解。

一个对象引用其他很多对象并且直接与这些对象通信,导致难以复用该对象。

想定制一个分布在多个类中的行为,而又不想生成太多的子类。

19. Memento(备忘录)

意图:

在不破坏封装性的前提下,捕获一个对象的内部状态,并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。

适用性:

必须保存一个对象在某一个时刻的(部分)状态, 这样以后需要时它才能恢复到先前的状态。

如果一个用接口来让其它对象直接得到这些状态,将会暴露对象的实现细节并破坏对象的封装性。

20. Observer(观察者)

意图:

定义对象间的一种一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时, 所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

适用性:

当一个抽象模型有两个方面, 其中一个方面依赖于另一方面。将这二者封装在独立的对象中以使它们可以各自独立地改变和复用。

当对一个对象的改变需要同时改变其它对象, 而不知道具体有多少对象有待改变。

当一个对象必须通知其它对象,而它又不能假定其它对象是谁。换言之, 你不希望这些对象是紧密耦合的。

21. State(状态)

意图:

允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。

适用性:

一个对象的行为取决于它的状态, 并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。

一个操作中含有庞大的多分支的条件语句,且这些分支依赖于该对象的状态。这个状态通常用一个或多个枚举常量表示。通常, 有多个操作包含这一相同的条件结构。State模式将每一个条件分支放入一个独立的类中。这使得你可以根据对象自身的情况将对象的状态作为一个对象,这一对象可以不依赖于其他对象而独立变化。

22. Strategy(策略)

意图:

定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 并且使它们可相互替换。本模式使得算法可独立于使用它的客户而变化。

适用性:

许多相关的类仅仅是行为有异。“策略”提供了一种用多个行为中的一个行为来配置一个类的方法。

需要使用一个算法的不同变体。例如,你可能会定义一些反映不同的空间/时间权衡的算法。当这些变体实现为一个算法的类层次时[H087] ,可以使用策略模式。

算法使用客户不应该知道的数据。可使用策略模式以避免暴露复杂的、与算法相关的数据结构。

一个类定义了多种行为, 并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现。将相关的条件分支移入它们各自的Strategy类中以代替这些条件语句。

23. Visitor(访问者)

意图:

定义一个操作中的算法的骨架,而将一些步骤延迟到子类中。TemplateMethod 使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

适用性:

一次性实现一个算法的不变的部分,并将可变的行为留给子类来实现。

各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。这是Opdyke和Johnson所描述过的“重分解以一般化”的一个很好的例子[OJ93]。首先识别现有代码中的不同之处,并且将不同之处分离为新的操作。最后,用一个调用这些新的操作的模板方法来替换这些不同的代码。

控制子类扩展。模板方法只在特定点调用“hook ”操作(参见效果一节),这样就只允许在这些点进行扩展。

设计模式的六大原则

设计模式的六大原则

总原则、开闭原则(Open Close Principle)

开闭原则的意思是:对扩展开放,对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候,不能去修改原有的代码,实现一个热插拔的效果。简言之,是为了使程序的扩展性好,易于维护和升级。想要达到这样的效果,我们需要使用接口和抽象类,后面的具体设计中我们会提到这点。

 

定义: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。

问题由来:在软件的生命周期内,因为变化、升级和维护等原因需要对软件原有代码进行修改时,可能会给旧代码中引入错误,也可能会使我们不得不对整个功能进行重构,并且需要原有代码经过重新测试。

解决方案:当软件需要变化时,尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化,而不是通过修改已有的代码来实现变化。

开闭原则是面向对象设计中最基础的设计原则,它指导我们如何建立稳定灵活的系统。开闭原则可能是设计模式六项原则中定义最模糊的一个了,它只告诉我们对扩展开放,对修改关闭,可是到底如何才能做到对扩展开放,对修改关闭,并没有明确的告诉我们。以前,如果有人告诉我“你进行设计的时候一定要遵守开闭原则”,我会觉的他什么都没说,但貌似又什么都说了。因为开闭原则真的太虚了。

在仔细思考以及仔细阅读很多设计模式的文章后,终于对开闭原则有了一点认识。其实,我们遵循设计模式前面5大原则,以及使用23种设计模式的目的就是遵循开闭原则。也就是说,只要我们对前面5项原则遵守的好了,设计出的软件自然是符合开闭原则的,这个开闭原则更像是前面五项原则遵守程度的“平均得分”,前面5项原则遵守的好,平均分自然就高,说明软件设计开闭原则遵守的好;如果前面5项原则遵守的不好,则说明开闭原则遵守的不好。

 

1、里氏代换原则(Liskov Substitution Principle)

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说,任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。LSP 是继承复用的基石,只有当派生类可以替换掉基类,且软件单位的功能不受到影响时,基类才能真正被复用,而派生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对开闭原则的补充。实现开闭原则的关键步骤就是抽象化,而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现,所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。

2、依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)

这个原则是开闭原则的基础,具体内容:针对对接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体。

A.高层次的模块不应该依赖于低层次的模块,他们都应该依赖于抽象。
B.抽象不应该依赖于具体实现,具体实现应该依赖于抽象。

意图:

面向过程的开发,上层调用下层,上层依赖于下层,当下层剧烈变动时上层也要跟着变动,这就会导致模块的复用性降低而且大大提高了开发的成本。
面向对象的开发很好的解决了这个问题,一般情况下抽象的变化概率很小,让用户程序依赖于抽象,实现的细节也依赖于抽象。即使实现细节不断变动,只要抽象不变,客户程序就不需要变化。这大大降低了客户程序与实现细节的耦合度。
3、接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

这个原则的意思是:使用多个隔离的接口,比使用单个接口要好。它还有另外一个意思是:降低类之间的耦合度。由此可见,其实设计模式就是从大型软件架构出发、便于升级和维护的软件设计思想,它强调降低依赖,降低耦合。

接口隔离原则的含义是:建立单一接口,不要建立庞大臃肿的接口,尽量细化接口,接口中的方法尽量少。也就是说,我们要为各个类建立专用的接口,而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。本文例子中,将一个庞大的接口变更为3个专用的接口所采用的就是接口隔离原则。在程序设计中,依赖几个专用的接口要比依赖一个综合的接口更灵活。接口是设计时对外部设定的“契约”,通过分散定义多个接口,可以预防外来变更的扩散,提高系统的灵活性和可维护性。

采用接口隔离原则对接口进行约束时,要注意以下几点:

  • 接口尽量小,但是要有限度。对接口进行细化可以提高程序设计灵活性是不挣的事实,但是如果过小,则会造成接口数量过多,使设计复杂化。所以一定要适度。
  • 为依赖接口的类定制服务,只暴露给调用的类它需要的方法,它不需要的方法则隐藏起来。只有专注地为一个模块提供定制服务,才能建立最小的依赖关系。
  • 提高内聚,减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

运用接口隔离原则,一定要适度,接口设计的过大或过小都不好。设计接口的时候,只有多花些时间去思考和筹划,才能准确地实践这一原则。

4、迪米特法则,又称最少知道原则(Demeter Principle)

最少知道原则是指:一个实体应当尽量少地与其他实体之间发生相互作用,使得系统功能模块相对独立。

定义:一个对象应该对其他对象保持最少的了解。

问题由来:类与类之间的关系越密切,耦合度越大,当一个类发生改变时,对另一个类的影响也越大。

解决方案:尽量降低类与类之间的耦合。

自从我们接触编程开始,就知道了软件编程的总的原则:低耦合,高内聚。无论是面向过程编程还是面向对象编程,只有使各个模块之间的耦合尽量的低,才能提高代码的复用率。低耦合的优点不言而喻,但是怎么样编程才能做到低耦合呢?那正是迪米特法则要去完成的。

迪米特法则又叫最少知道原则,最早是在1987年由美国Northeastern University的Ian Holland提出。通俗的来讲,就是一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说,对于被依赖的类来说,无论逻辑多么复杂,都尽量地的将逻辑封装在类的内部,对外除了提供的public方法,不对外泄漏任何信息。迪米特法则还有一个更简单的定义:只与直接的朋友通信。首先来解释一下什么是直接的朋友:每个对象都会与其他对象有耦合关系,只要两个对象之间有耦合关系,我们就说这两个对象之间是朋友关系。耦合的方式很多,依赖、关联、组合、聚合等。其中,我们称出现成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接的朋友,而出现在局部变量中的类则不是直接的朋友。也就是说,陌生的类最好不要作为局部变量的形式出现在类的内部。

 

5、合成复用原则(Composite Reuse Principle)

合成复用原则是指:尽量使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。

一:合成/聚合复用原则

  尽量使用合成/聚合,尽量不要使用类继承

 二:什么是合成?

. 合成表示一种强的拥有关系,体现了严格的部分和整体的关系,部分和整体的生命周期一样,打个比方:人有两个胳膊,胳膊和人就是部分和整体的关系,人去世了,那么胳膊也就没用了,也就是说胳膊和人的生命周期是相同的

. 合成关系用实心的菱形+实线来表示

三:什么是聚合?

  . 聚合表示一种弱的拥有关系,体现的是A对象可以包含B对象,但是B对象并不是A对象的一部分,打个比方:人是群居动物,所以每个人属于一个人群,一个人群可以有多个人,所以人群和人是聚合的关系

. 聚合关系用空心的菱形+实线来表示

 四:为什么尽量不要使用类继承而使用合成/聚合?

  . 对象的继承关系在编译时就定义好了,所以无法在运行时改变从父类继承的子类的实现

  . 子类的实现和它的父类有非常紧密的依赖关系,以至于父类实现中的任何变化必然会导致子类发生变化

. 当你复用子类的时候,如果继承下来的实现不适合解决新的问题,则父类必须重写或者被其它更适合的类所替换

这种依赖关系限制了灵活性,并最终限制了复用性

  五:合成/聚合复用原则结构图

  1和2以及n,被称为基数,表示这一端的类可以有几个实例,很显然,一个人有两个胳膊,如果一个类可能有无数个实例,则用n表示,一人群可能有无数个人

 

6、单一职责原则

定义:不要存在多于一个导致类变更的原因。通俗的说,即一个类只负责一项职责。

问题由来:类T负责两个不同的职责:职责P1,职责P2。当由于职责P1需求发生改变而需要修改类T时,有可能会导致原本运行正常的职责P2功能发生故障。

解决方案:遵循单一职责原则。分别建立两个类T1、T2,使T1完成职责P1功能,T2完成职责P2功能。这样,当修改类T1时,不会使职责P2发生故障风险;同理,当修改T2时,也不会使职责P1发生故障风险。

说到单一职责原则,很多人都会不屑一顾。因为它太简单了。稍有经验的程序员即使从来没有读过设计模式、从来没有听说过单一职责原则,在设计软件时也会自觉的遵守这一重要原则,因为这是常识。在软件编程中,谁也不希望因为修改了一个功能导致其他的功能发生故障。而避免出现这一问题的方法便是遵循单一职责原则。虽然单一职责原则如此简单,并且被认为是常识,但是即便是经验丰富的程序员写出的程序,也会有违背这一原则的代码存在。为什么会出现这种现象呢?因为有职责扩散。所谓职责扩散,就是因为某种原因,职责P被分化为粒度更细的职责P1和P2。

比如:类T只负责一个职责P,这样设计是符合单一职责原则的。后来由于某种原因,也许是需求变更了,也许是程序的设计者境界提高了,需要将职责P细分为粒度更细的职责P1,P2,这时如果要使程序遵循单一职责原则,需要将类T也分解为两个类T1和T2,分别负责P1、P2两个职责。但是在程序已经写好的情况下,这样做简直太费时间了。所以,简单的修改类T,用它来负责两个职责是一个比较不错的选择,虽然这样做有悖于单一职责原则。(这样做的风险在于职责扩散的不确定性,因为我们不会想到这个职责P,在未来可能会扩散为P1,P2,P3,P4……Pn。所以记住,在职责扩散到我们无法控制的程度之前,立刻对代码进行重构。)