谈谈 SOLID 原则

用户1516716

发布于 2020-03-06 14:43:18

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发布于 2020-03-06 14:43:18

文章被收录于专栏：A周立SpringCloud

面向对象编程（OOP）给软件开发领域带来了新的设计思想。很多开发人员在进行面向对象编程过程中，往往会在一个类中将具有相同目的/功能的代码放在一起，力求以最快的方式解决当下的问题。但是，这种编程方式会导致程序代码混乱和难以维护。因此，Robert C. Martin制定了面向对象编程的五项原则。这五个原则使得开发人员可以轻松创建可读性好且易于维护的程序。

这五个原则被称为SOLID原则。

S：单一职责原则

O：开闭原理

L：里氏替换原则

I：接口隔离原理

D：依赖反转原理

我们下面将详细地展开来讨论。

单一职责原则

单一职责原则（Single Responsibility Principle）：一个类（class）只负责一件事。如果一个类承担多个职责，那么它就会变得耦合起来。一个职责的变更会导致另一职责的变更。

注意：该原理不仅适用于类，而且适用于软件组件和微服务。

例如，先看看以下设计：

class Animal {
    constructor(name: string){ }
    getAnimalName() { }
    saveAnimal(a: Animal) { }
}

Animal类就违反了单一职责原则。

它为什么违反单一职责原则？

单一职责原则指出，一个类（class）应负一个职责，在这里，我们可以看到Animal类做了两件事：Animal的数据维护和Animal的属性管理。构造方法和getAnimalName方法是管理Animal的属性，而saveAnimal方法负责把数据存放到数据库。

这种设计将来会引发什么问题？

如果Animal类的saveAnimal方法发生改变，那么getAnimalName方法所在的类也需要重新编译。这种情况就像多米诺骨牌效果，碰到了一片骨牌会影响所有其他骨牌。

为了更加符合单一职责原则，我们可以创建了另一个类，该类专门把Animal的数据维护方法抽取出来，如下：

class Animal {
    constructor(name: string){ }
    getAnimalName() { }
}
class AnimalDB {
    getAnimal(a: Animal) { }
    saveAnimal(a: Animal) { }
}

以上的设计，让我们的应用程序将具有更高的内聚。

开闭原则

开闭原则（Open-Closed Principle）：软件实体（类，模块，功能）应该对扩展开放，对修改关闭。

让我们继续上动物课吧。

class Animal {
    constructor(name: string){ }
    getAnimalName() { }
}

我们想遍历所有Animal，并发出声音。

//...
const animals: Array<Animal> = [
    new Animal('lion'),
    new Animal('mouse')
];
function AnimalSound(a: Array<Animal>) {
    for(int i = 0; i <= a.length; i++) {
        if(a[i].name == 'lion')
            log('roar');
        if(a[i].name == 'mouse')
            log('squeak');
    }
}
AnimalSound(animals);

该函数AnimalSound不符合开闭原则，因为它不能针对新的动物关闭。

如果我们添加新的动物，如Snake：

//...
const animals: Array<Animal> = [
    new Animal('lion'),
    new Animal('mouse'),
    new Animal('snake')
]
//...

我们必须修改AnimalSound函数：

//...
function AnimalSound(a: Array<Animal>) {
    for(int i = 0; i <= a.length; i++) {
        if(a[i].name == 'lion')
            log('roar');
        if(a[i].name == 'mouse')
            log('squeak');
        if(a[i].name == 'snake')
            log('hiss');
    }
}
AnimalSound(animals);

您会看到，对于每一种新动物，都会在AnimalSound函数中添加新逻辑。这是一个非常简单的例子。当您的应用程序不断扩展并变得复杂时，您将看到，每次在整个应用程序中添加新动物时，都会在AnimalSound函数中使用if语句一遍又一遍地重复编写逻辑。

我们如何使它符合开闭原则？

class Animal {
        makeSound();
        //...
}
class Lion extends Animal {
    makeSound() {
        return 'roar';
    }
}
class Squirrel extends Animal {
    makeSound() {
        return 'squeak';
    }
}
class Snake extends Animal {
    makeSound() {
        return 'hiss';
    }
}
//...
function AnimalSound(a: Array<Animal>) {
    for(int i = 0; i <= a.length; i++) {
        log(a[i].makeSound());
    }
}
AnimalSound(animals);

现在给Animal添加了makeSound方法。我们让每种动物去继承Animal类并实现makeSound方法。

每种动物都会在makeSound方法中添加自己的实现逻辑。AnimalSound方法遍历Animal数组，并调用其makeSound方法。

现在，如果我们添加了新动物，则无需更改AnimalSound方法。我们需要做的就是将新动物添加到动物数组中。

现在，AnimalSound符合开闭原则。

再举一个例子

假设你有一家商店，并使用此类向最喜欢的客户提供20％的折扣：

class Discount {
    giveDiscount() {
        return this.price * 0.2
    }
}

当你决定为VIP客户提供双倍的20％折扣时。您可以这样修改类：

class Discount {
    giveDiscount() {
        if(this.customer == 'fav') {
            return this.price * 0.2;
        }
        if(this.customer == 'vip') {
            return this.price * 0.4;
        }
    }
}

这就违反了开闭原则啦！因为如果我们想给不同客户提供差异化的折扣时，你将要不断地修改Discount类的代码以添加新逻辑。

为了遵循开闭原则，我们将添加一个新类来继承Discount。在这个新类中，我们将实现新的逻辑：

class VIPDiscount: Discount {
    getDiscount() {
        return super.getDiscount() * 2;
    }
}

如果你决定向超级VIP客户提供80％的折扣，则应如下所示：

class SuperVIPDiscount: VIPDiscount {
    getDiscount() {
        return super.getDiscount() * 2;
    }
}

看吧！扩展就无需修改原本的代码啦。

里氏替换原则

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）：子类必须可以替代其父类。

该原理的目的是确定子类可以无错误地占据其父类的位置。如果代码中发现自己正在检查类的类型，那么它一定违反了里氏替换原则。

让我们继续使用动物示例。

//...
function AnimalLegCount(a: Array<Animal>) {
    for(int i = 0; i <= a.length; i++) {
        if(typeof a[i] == Lion)
            log(LionLegCount(a[i]));
        if(typeof a[i] == Mouse)
            log(MouseLegCount(a[i]));
        if(typeof a[i] == Snake)
            log(SnakeLegCount(a[i]));
    }
}
AnimalLegCount(animals);

这就违反了里氏替换原则（同时也违反了开闭原则）。因为它必须知道每种动物类型才能去调用对应的LegCount函数。

每次创建新动物时，都必须修改AnimalLegCount函数以接受新动物，如下：

//...
class Pigeon extends Animal {

}
const animals[]: Array<Animal> = [
    //...,
    new Pigeon();
]
function AnimalLegCount(a: Array<Animal>) {
    for(int i = 0; i <= a.length; i++) {
        if(typeof a[i] == Lion)
            log(LionLegCount(a[i]));
        if(typeof a[i] == Mouse)
            log(MouseLegCount(a[i]));
         if(typeof a[i] == Snake)
            log(SnakeLegCount(a[i]));
        if(typeof a[i] == Pigeon)
            log(PigeonLegCount(a[i]));
    }
}
AnimalLegCount(animals);

为了遵循里氏替换原则，我们将遵循Steve Fenton提出的以下要求：

如果父类（Animal）具有接受父类类型（Animal）参数的方法。它的子类（Pigeon）应接受父类类型（Animal类型）或子类类型（Pigeon类型）作为参数。
如果父类返回父类类型（Animal）。它的子类应返回父类类型（Animal类型）或子类类型（Pigeon）。

现在，我们可以重新设计AnimalLegCount函数：

function AnimalLegCount(a: Array<Animal>) {
    for(let i = 0; i <= a.length; i++) {
        a[i].LegCount();
    }
}
AnimalLegCount(animals);

上面AnimalLegCount函数中，只需调用统一的LegCount方法。它所关心的就是传入的参数类型必须是Animal类型，即Animal类或其子类。

Animal类现在必须定义LegCount方法：

class Animal {
    //...
    LegCount();
}

其子类必须实现LegCount方法：

//...
class Lion extends Animal{
    //...
    LegCount() {
        //...
    }
}
//...

当传递给AnimalLegCount函数时，它返回狮子的腿数。

你会发现，AnimalLegCount函数只管调用Animal的LegCount方法，而不需要知道Animal的具体类型即可返回其腿数。因为根据规则，Animal类的子类必须实现LegCount函数。

接口隔离原则

接口隔离原则（Interface Segregation Principle）：定制客户端的细粒度接口，不应强迫客户端依赖于不使用的接口。该原理解决了实现大接口的缺点。

让我们看下面的IShape接口：

interface IShape {
    drawCircle();
    drawSquare();
    drawRectangle();
}

该接口有绘制正方形，圆形，矩形三个方法。实现IShape接口的Circle，Square或Rectangle类必须同时实现drawCircle（），drawSquare（），drawRectangle（）方法，如下所示：

class Circle implements IShape {
    drawCircle(){
        //...
    }
    drawSquare(){
        //...
    }
    drawRectangle(){
        //...
    }    
}
class Square implements IShape {
    drawCircle(){
        //...
    }
    drawSquare(){
        //...
    }
    drawRectangle(){
        //...
    }    
}
class Rectangle implements IShape {
    drawCircle(){
        //...
    }
    drawSquare(){
        //...
    }
    drawRectangle(){
        //...
    }    
}

看上面的代码很有意思。Rectangle类实现了它没有使用的方法（drawCircle和drawSquare），同样Square类实现了drawCircle和drawRectangle方法，Circle类也实现了drawSquare，drawSquare方法。

如果我们向IShape接口添加另一个方法，例如drawTriangle（），

interface IShape {
    drawCircle();
    drawSquare();
    drawRectangle();
    drawTriangle();
}

这些类必须实现新方法，否则会编译报错。

接口隔离原则不赞成使用以上IShape接口的设计。不应强迫客户端（Rectangle，Circle和Square类）依赖于不需要或不使用的方法。另外，接口隔离原则也指出接口应该仅仅完成一项独立的工作（就像单一职责原理一样），任何额外的行为都应该抽象到另一个接口中。

为了使我们的IShape接口符合接口隔离原则，我们将不同绘制方法分离到不同的接口中，如下：

interface IShape {
    draw();
}
interface ICircle {
    drawCircle();
}
interface ISquare {
    drawSquare();
}
interface IRectangle {
    drawRectangle();
}
interface ITriangle {
    drawTriangle();
}
class Circle implements ICircle {
    drawCircle() {
        //...
    }
}
class Square implements ISquare {
    drawSquare() {
        //...
    }
}
class Rectangle implements IRectangle {
    drawRectangle() {
        //...
    }    
}
class Triangle implements ITriangle {
    drawTriangle() {
        //...
    }
}
class CustomShape implements IShape {
   draw(){
      //...
   }
}

ICircle接口仅处理图形，IShape处理任何形状的图形，ISquare仅处理正方形的图形，IRectangle处理矩形的图形。

当然，还有另一个设计是这样：

类（圆形，矩形，正方形，三角形等）可以仅从IShape接口继承并实现其自己的draw行为，如下所示。

class Circle implements IShape {
    draw(){
        //...
    }
}

class Triangle implements IShape {
    draw(){
        //...
    }
}

class Square implements IShape {
    draw(){
        //...
    }
}

class Rectangle implements IShape {
    draw(){
        //...
    }
}

依赖倒置原则

依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle）：依赖应该基于抽象而不是具体。高级模块不应依赖于低级模块，两者都应依赖抽象。

先看下面的代码：

class XMLHttpService extends XMLHttpRequestService {}
class Http {
    constructor(private xmlhttpService: XMLHttpService) { }
    get(url: string , options: any) {
        this.xmlhttpService.request(url,'GET');
    }
    post() {
        this.xmlhttpService.request(url,'POST');
    }
    //...
}

在这里，Http是高级组件，而HttpService是低级组件。此设计违反了依赖倒置原则：高级模块不应依赖于低级模块，它应取决于其抽象。

Http类被强制依赖于XMLHttpService类。如果我们要修改Http请求方法代码（如：我们想通过Node.js模拟HTTP服务）我们将不得不修改Http类的所有方法实现，这就违反了开闭原则。

怎样才是更好的设计？我们可以创建一个Connection接口：

interface Connection {
    request(url: string, opts:any);
}

该Connection接口具有请求方法。这样，我们将类型的参数传递Connection给Http类：

class Http {
    constructor(private httpConnection: Connection) { }
    get(url: string , options: any) {
        this.httpConnection.request(url,'GET');
    }
    post() {
        this.httpConnection.request(url,'POST');
    }
    //...
}

现在，无论我们调用Http类的哪个方法，它都可以轻松发出请求，而无需理会底层到底是什么样实现代码。

我们可以重新设计XMLHttpService类，让其实现Connection接口：

class XMLHttpService implements Connection {
    const xhr = new XMLHttpRequest();
    //...
    request(url: string, opts:any) {
        xhr.open();
        xhr.send();
    }
}

以此类推，我们可以创建许多Connection类型的实现类，并将其传递给Http类。

class NodeHttpService implements Connection {
    request(url: string, opts:any) {
        //...
    }
}
class MockHttpService implements Connection {
    request(url: string, opts:any) {
        //...
    }    
}

现在，我们可以看到高级模块和低级模块都依赖于抽象。Http类（高级模块）依赖于Connection接口（抽象），而XMLHttpService类、MockHttpService 、或NodeHttpService类（低级模块）也是依赖于Connection接口（抽象）。

与此同时，依赖倒置原则也迫使我们不违反里氏替换原则：上面的实现类Node- XML- MockHttpService可以替代他们的父类型Connection。

结论

本文介绍了每个软件开发人员必须遵守的五项原则。在软件开发中，要遵守所有这些原则可能会令人心生畏惧，但是通过不断的实践和坚持，它将成为我们的一部分，并将对我们的应用程序维护产生巨大影响。

原文作者：Chidume Nnamdi，翻译/整理：小F，一点教程出品

https://blog.bitsrc.io/solid-principles-every-developer-should-know-b3bfa96bb688

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原始发表：2020-03-05，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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