软件设计六大原则

软件设计六大原则

1. 单一职责原则(Single Responsibility Principle – SRP)

原文:There should never be more than one reason for a class to change.

译文:永远不应该有多于一个原因来改变某个类。

理解:对于一个类而言,应该仅有一个引起它变化的原因。说白了就是,不同的类具备不同的职责,各施其责。这就好比一个团队,大家分工协作,互不影响,各做各的事情。

应用:当我们做系统设计时,如果发现有一个类拥有了两种的职责,那就问自己一个问题:可以将这个类分成两个类吗?如果真的有必要,那就分吧。千万不要让一个类干的事情太多!

2. 开放封闭原则(Open Closed Principle – OCP)

原文:Software entities like classes, modules and functions should be open for extension but closed for modifications.

译文:软件实体,如:类、模块与函数,对于扩展应该是开放的,但对于修改应该是封闭的。

理解:简言之,对扩展开放,对修改封闭。换句话说,可以去扩展类,但不要去修改类。开放封闭原则,是最为重要的设计原则,Liskov替换原则和合成/聚合复用原则为开放封闭原则的实现提供保证。

应用:当需求有改动,要修改代码了,此时您要做的是,尽量用继承或组合的方式来扩展类的功能,而不是直接修改类的代码。当然,如果能够确保对整体架构不会产生任何影响,那么也没必要搞得那么复杂了,直接改这个类吧。

3. 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle – LSP)

原文:Functions that use pointers or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it.

译文:使用基类的指针或引用的函数,必须是在不知情的情况下,能够使用派生类的对象。

理解:父类能够替换子类,但子类不一定能替换父类。也就是说,在代码中可以将父类全部替换为子类,程序不会报错,也不会在运行时出现任何异常,但反过来却不一定成立。

应用:在继承类时,务必重写(Override)父类中所有的方法,尤其需要注意父类的 protected 方法(它们往往是让您重写的),子类尽量不要暴露自己的 public 方法供外界调用。

4. 最少知识原则(Least Knowledge Principle – LKP)

原文:Only talk to you immediate friends.

译文:只与你最直接的朋友交流。

理解:尽量减少对象之间的交互,从而减小类之间的耦合。简言之,一定要做到:低耦合,高内聚。

应用:在做系统设计时,不要让一个类依赖于太多的其他类,需尽量减小依赖关系,否则,您死都不知道自己怎么死的。

5. 接口隔离原则(Interface Segregation Principle – ISP)

原文:The dependency of one class to another one should depend on the smallest possible interface.

译文:一个类与另一个类之间的依赖性,应该依赖于尽可能小的接口。

理解:不要对外暴露没有实际意义的接口。也就是说,接口是给别人调用的,那就不要去为难别人了,尽可能保证接口的实用性吧。她好,我也好。

应用:当需要对外暴露接口时,需要再三斟酌,如果真的没有必要对外提供的,就删了吧。一旦您提供了,就意味着,您将来要多做一件事情,何苦要给自己找事做呢。

6. 依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle – DIP)

原文:High level modules should not depends upon low level modules. Both should depend upon abstractions. Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions.

译文:高层模块不应该依赖于低层模块,它们应该依赖于抽象。抽象不应该依赖于细节,细节应该依赖于抽象。

理解:应该面向接口编程,不应该面向实现类编程。面向实现类编程,相当于就是论事,那是正向依赖(正常人思维);面向接口编程,相当于通过事物表象来看本质,那是反向依赖,即依赖倒置(程序员思维)。

应用:并不是说,所有的类都要有一个对应的接口,而是说,如果有接口,那就尽量使用接口来编程吧。

总结

将以上六大原则的英文首字母拼在一起就是 SOLID(稳定的),所以也称之为 SOLID 原则。只有满足了这六大原则,才能设计出稳定的软件架构!但它们毕竟只是原则,只是给我们的建议,有些时候我们还是要学会灵活应变,千万不要生搬硬套,否则只会把简单问题复杂化

补充设计原则

1. 组合/聚合复用原则(Composition/Aggregation Reuse Principle – CARP)

 当要扩展类的功能时,优先考虑使用组合,而不是继承。这条原则在 23 种经典设计模式中频繁使用,如:代理模式、装饰模式、适配器模式等。可见江湖地位非常之高!

2. 无环依赖原则(Acyclic Dependencies Principle – ADP)

当 A 模块依赖于 B 模块,B 模块依赖于 C 模块,C 依赖于 A 模块,此时将出现循环依赖。在设计中应该避免这个问题,可通过引入“中介者模式”解决该问题。

3. 共同封装原则(Common Closure Principle – CCP)

应该将易变的类放在同一个包里,将变化隔离出来。该原则是“开放-封闭原则”的延生。

4. 共同重用原则(Common Reuse Principle – CRP)

如果重用了包中的一个类,那么也就相当于重用了包中的所有类,我们要尽可能减小包的大小。

5. 好莱坞原则(Hollywood Principle – HP)

好莱坞明星的经纪人一般都很忙,他们不想被打扰,往往会说:Don’t call me, I’ll call you. 翻译为:不要联系我,我会联系你。对应于软件设计而言,最著名的就是“控制反转”(或称为“依赖注入”),我们不需要在代码中主动的创建对象,而是由容器帮我们来创建并管理这些对象。

其它设计原则

1. 不要重复你自己(Don’t repeat yourself – DRY)

不要让重复的代码到处都是,要让它们足够的重用,所以要尽可能地封装。

2. 保持它简单与傻瓜(Keep it simple and stupid – KISS)

不要让系统变得复杂,界面简洁,功能实用,操作方便,要让它足够的简单,足够的傻瓜。

3. 高内聚与低耦合(High Cohesion and Low Coupling – HCLC)

模块内部需要做到内聚度高,模块之间需要做到耦合度低。

4. 惯例优于配置(Convention over Configuration – COC)

尽量让惯例来减少配置,这样才能提高开发效率,尽量做到“零配置”。很多开发框架都是这样做的。

5. 命令查询分离(Command Query Separation – CQS)

在定义接口时,要做到哪些是命令,哪些是查询,要将它们分离,而不要揉到一起。

6. 关注点分离(Separation of Concerns – SOC)

将一个复杂的问题分离为多个简单的问题,然后逐个解决这些简单的问题,那么这个复杂的问题就解决了。难就难在如何进行分离。

7. 契约式设计(Design by Contract – DBC)

模块或系统之间的交互,都是基于契约(接口或抽象)的,而不要依赖于具体实现。该原则建议我们要面向契约编程。

8. 你不需要它(You aren’t gonna need it – YAGNI)

不要一开始就把系统设计得非常复杂,不要陷入“过度设计”的深渊。应该让系统足够的简单,而却又不失扩展性,这是其中的难点。

里氏替换原则

里氏代换原则

里氏代换原则由2008年图灵奖得主、美国第一位计算机科学女博士Barbara Liskov教授和卡内基·梅隆大学Jeannette Wing教授于1994年提出。

严格表述

其严格表述如下:如果对每一个类型为S的对象o1,都有类型为T的对象o2,使得以T定义的所有程序P在所有的对象o1代换o2时,程序P的行为没有变化,那么类型S是类型T的子类型。

通俗表述

这个定义比较拗口且难以理解,因此我们一般使用它的另一个通俗版定义:里氏代换原则(Liskov Substitution Principle, LSP):所有引用基类(父类)的地方必须能透明地使用其子类的对象。

里氏代换原则告诉我们,在软件中将一个基类对象替换成它的子类对象,程序将不会产生任何错误和异常,反过来则不成立,如果一个软件实体使用的是一个子类对象的话,那么它不一定能够使用基类对象。例如:我喜欢动物,那我一定喜欢狗,因为狗是动物的子类;但是我喜欢狗,不能据此断定我喜欢动物,因为我并不喜欢老鼠,虽然它也是动物。

例如有两个类,一个类为BaseClass,另一个是SubClass类,并且SubClass类是BaseClass类的子类,那么一个方法如果可以接受一个BaseClass类型的基类对象base的话,如:method1(base),那么它必然可以接受一个BaseClass类型的子类对象sub,method1(sub)能够正常运行。反过来的代换不成立,如一个方法method2接受BaseClass类型的子类对象sub为参数:method2(sub),那么一般而言不可以有method2(base),除非是重载方法。

里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一,由于使用基类对象的地方都可以使用子类对象,因此在程序中尽量使用基类类型来对对象进行定义,而在运行时再确定其子类类型,用子类对象来替换父类对象。

注意的地方

在使用里氏代换原则时需要注意如下几个问题:

(1)子类的所有方法必须在父类中声明,或子类必须实现父类中声明的所有方法。根据里氏代换原则,为了保证系统的扩展性,在程序中通常使用父类来进行定义,如果一个方法只存在子类中,在父类中不提供相应的声明,则无法在以父类定义的对象中使用该方法。

(2) 我们在运用里氏代换原则时,尽量把父类设计为抽象类或者接口,让子类继承父类或实现父接口,并实现在父类中声明的方法,运行时,子类实例替换父类实例,我们可以很方便地扩展系统的功能,同时无须修改原有子类的代码,增加新的功能可以通过增加一个新的子类来实现。里氏代换原则是开闭原则的具体实现手段之一。

(3) Java语言中,在编译阶段,Java编译器会检查一个程序是否符合里氏代换原则,这是一个与实现无关的、纯语法意义上的检查,但Java编译器的检查是有局限的。

设计分布式锁要注意的问题

分布式锁应该具备的条件:

1、在分布式系统环境下,一个方法在同一时间只能被一个机器的一个线程执行;
2、高可用的获取锁与释放锁;
3、高性能的获取锁与释放锁;
4、具备可重入特性;
5、具备锁失效机制,防止死锁;
6、具备非阻塞锁特性,即没有获取到锁将直接返回获取锁失败。

实现方式(方案):
1、基于数据库(mysql,sqlserver等)
2、基于redis
3、基于zookeeper

方案比较:

1、从理解的难易程度角度(从低到高)
数据库 > 缓存 > Zookeeper
2、从实现的复杂性角度(从低到高)
Zookeeper >= 缓存 > 数据库
3、从性能角度(从高到低)
缓存 > Zookeeper >= 数据库
4、从可靠性角度(从高到低)
Zookeeper > 缓存 > 数据库