软件架构设计原则--里氏替换原则

向着百万年薪努力的小赵

发布于 2022-12-02 10:20:45

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发布于 2022-12-02 10:20:45

本专栏内容参考自：咕泡学院Tom老师的《Spring5核心原理与30个类手写实战》，仅作个人学习记录使用，如有侵权，联系速删

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle,LSP）是指，如果对每一个类型为T1的对象t1，都替换为类型为T2的对象t2，使得以T1定义的所有程序P在所有的对象t1都替换成t2时，程序P的行为没有发生变化，那么T2就是T1的子类型。 这个定义看上去比较抽象，我们重新理解一下。可以理解为一个软件实体如果适用于一个父类，那么一定适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象，子类的对象能替换父类的对象，而程序逻辑不变。根据这个理解，隐身含义为：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。

子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。
子类可以增加自己特有的方法。
当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件(即方法的入参/输入)要比父类方法的输入参数更宽松。
当子类的方法重载父类的方法时，方法的后置条件(即方法的输出/返回值)要比父类更严格或与父类一样。

使用里氏替换原则有以下优点：

约束继承泛滥，这是开闭原则的一种体现。
加强程序的健壮性，同时变更时也可以做到非常好的兼容性，提高程序的可维护性和扩展性，降低需求变更时引入的风险。

用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，所以可以创建一个父类Rectangle:

public class Rectangle {
    private long height;
    private long width;

    public long getHeight() {
        return height;
    }

    public void setHeight(long height) {
        this.height = height;
    }

    public long getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(long width) {
        this.width = width;
    }
}

创建正方形Square继承Rectangle:

public class Square extends Rectangle{
    private long length;

    public long getLength() {
        return length;
    }

    public void setLength(long length) {
        this.length = length;
    }

    @Override
    public long getHeight() {
        return super.getHeight();
    }

    @Override
    public void setHeight(long height) {
        super.setHeight(height);
    }

    @Override
    public long getWidth() {
        return super.getWidth();
    }

    @Override
    public void setWidth(long width) {
        super.setWidth(width);
    }
}

创建主方法，我们让高一直自增，直到变成正方形

public class Main {
    public static void resize(Rectangle rectangle){
        while (rectangle.getWidth()>rectangle.getHeight()){
            rectangle.setHeight(rectangle.getHeight()+1);
            System.out.println("宽："+rectangle.getWidth()+",高："+rectangle.getHeight());
        }
        System.out.println("方法结束 \n"+"宽："+rectangle.getWidth()+",高："+rectangle.getHeight());
    }

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

然后我们将Rectangle 替换为它的子类Square然后运行：

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

对已有功能造成了影响，违背里氏替换原则，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于父类和子类之间，约束继承泛滥。我们再来创建一个基于长方形和正方形共同的抽象四边形接口Quadrangle:

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

修改长方形和正方形，实现这个接口：

public class Rectangle implements Quadrangle{
    private long height;
    private long width;

    public long getHeight() {
        return height;
    }
    public void setHeight(long height) {
        this.height = height;
    }
    public long getWidth() {
        return width;
    }
    public void setWidth(long width) {
        this.width = width;
    }
}

public class Square extends Rectangle implements Quadrangle{
    private long length;

    public long getLength() {
        return length;
    }
    public void setLength(long length) {
        this.length = length;
    }
    @Override
    public long getWidth() {
        return super.getWidth();
    }
    @Override
    public long getHeight() {
        return super.getHeight();
    }
}

此时，如果我们把resize()方法的参数换成四边形接口Quadrangle，方法内部就会报错，因为正方形已经没有了设置宽高的方法。因此，为了约束继承泛滥，resize()的参数只能用Rectangle类。