03.開閉原則詳細(xì)介紹

目錄介紹

• 01.問題思考的分析
• 02.如何理解開閉原則
• 03.開閉原則的背景
• 04.開閉原則比較難學(xué)
• 05.實(shí)現(xiàn)開閉原則方式
• 06.畫圖形案例分析
• 07.銀行業(yè)務(wù)案例分析
• 08.開閉原則優(yōu)缺點(diǎn)
• 09.開閉原則的總結(jié)

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單一職責(zé)原則（SRP）是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的重要原則，強(qiáng)調(diào)一個(gè)類或模塊應(yīng)僅負(fù)責(zé)完成一個(gè)特定的職責(zé)或功能。通過將復(fù)雜的功能分解為多個(gè)粒度小、功能單一的類，可以提高系統(tǒng)的靈活性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。

本文詳細(xì)介紹了如何理解單一職責(zé)原則，包括方法、接口和類層面的應(yīng)用，并通過具體例子解釋了其優(yōu)勢(shì)和判斷標(biāo)準(zhǔn)。此外，還探討了在實(shí)際開發(fā)中如何平衡類的設(shè)計(jì)，避免過度拆分導(dǎo)致的復(fù)雜性增加。

01.問題思考的分析

1. 什么叫作開閉原則，他的主要用途是什么？
2. 如何做到拓展開放，修改封閉這一準(zhǔn)則，結(jié)合案例說(shuō)一下如何實(shí)現(xiàn)？
3. 你平常是如何理解開閉原則的，判斷的標(biāo)準(zhǔn)是什么？

02.如何理解開閉原則

開閉原則的英文全稱是 Open Closed Principle，簡(jiǎn)寫為 OCP。它的英文描述是：software entities (modules， classes， functions， etc.) should be open for extension ， but closed for modification。

我們把它翻譯成中文就是：軟件實(shí)體（模塊、類、方法等）應(yīng)該“對(duì)擴(kuò)展開放、對(duì)修改關(guān)閉”。

這個(gè)描述比較簡(jiǎn)略，如果我們?cè)敿?xì)表述一下，那就是，添加一個(gè)新的功能應(yīng)該是，在已有代碼基礎(chǔ)上擴(kuò)展代碼（新增模塊、類、方法等），而非修改已有代碼（修改模塊、類、方法等）。

03.開閉原則的背景

在軟件的生命周期內(nèi)，因?yàn)樽兓?、升?jí)和維護(hù)等原因需要對(duì)軟件原有代碼進(jìn)行修改時(shí)，可能會(huì)將錯(cuò)誤引入原本已經(jīng)經(jīng)過測(cè)試的舊代碼中，破壞原有系統(tǒng)。

因此，當(dāng)軟件需要變化時(shí)，我們應(yīng)該盡量通過擴(kuò)展的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)變化，而不是通過修改已有的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)然，在現(xiàn)實(shí)開發(fā)中，只通過繼承的方式來(lái)升級(jí)、維護(hù)原有系統(tǒng)只是一個(gè)理想化的愿景，因此，在實(shí)際的開發(fā)過程中，修改原有代碼、擴(kuò)展代碼往往是同時(shí)存在的。

軟件開發(fā)過程中，最不會(huì)變化的就是變化本身。產(chǎn)品需要不斷地升級(jí)、維護(hù)，沒有一個(gè)產(chǎn)品從第一版本開發(fā)完就再?zèng)]有變化了，除非在下個(gè)版本誕生之前它已經(jīng)被終止。

產(chǎn)品需要升級(jí)，修改原來(lái)的代碼就可能會(huì)引發(fā)其他的問題。那么如何確保原有軟件模塊的正確性，以及盡量少地影響原有模塊，答案就是盡量遵守本章要講述的開閉原則。

04.開閉原則比較難學(xué)

個(gè)人覺得，開閉原則是 SOLID 中最難理解、最難掌握，同時(shí)也是最有用的一條原則。

之所以說(shuō)這條原則難理解，那是因?yàn)?，“怎樣的代碼改動(dòng)才被定義為‘?dāng)U展’？怎樣的代碼改動(dòng)才被定義為‘修改’？怎么才算滿足或違反‘開閉原則’？修改代碼就一定意味著違反‘開閉原則’嗎？”等等這些問題，都比較難理解。

之所以說(shuō)這條原則難掌握，那是因?yàn)椋叭绾巫龅健畬?duì)擴(kuò)展開放、修改關(guān)閉’？如何在項(xiàng)目中靈活地應(yīng)用‘開閉原則’，以避免在追求擴(kuò)展性的同時(shí)影響到代碼的可讀性？”等等這些問題，都比較難掌握。

之所以說(shuō)這條原則最有用，那是因?yàn)椋瑪U(kuò)展性是代碼質(zhì)量最重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。在 23 種經(jīng)典設(shè)計(jì)模式中，大部分設(shè)計(jì)模式都是為了解決代碼的擴(kuò)展性問題而存在的，主要遵從的設(shè)計(jì)原則就是開閉原則。

05.實(shí)現(xiàn)開閉原則方式

為了實(shí)現(xiàn)開閉原則，常用的設(shè)計(jì)技術(shù)有以下幾種：

1. 抽象類和接口：通過定義抽象類和接口來(lái)約定行為，然后通過繼承和實(shí)現(xiàn)這些抽象類和接口來(lái)擴(kuò)展功能。
2. 策略模式：將算法的實(shí)現(xiàn)分離到不同的類中，通過組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的行為。
3. 裝飾器模式：通過對(duì)對(duì)象進(jìn)行包裝，動(dòng)態(tài)地添加新的行為或功能。

06.畫圖形案例分析

6.1 普通案例實(shí)現(xiàn)

假設(shè)有一個(gè)圖形繪制程序，程序需要能夠繪制不同形狀的圖形，比如矩形、圓形和三角形。最初的設(shè)計(jì)可能會(huì)像這樣：

public class GraphicEditor {

    public void draw(Shape shape) {
        if (shape.m_type == 1) {
            drawRectangle();
        } else if(shape.m_type == 2) {
            drawCircle();
        }
    }

    public void drawRectangle() {
        System.out.println("畫長(zhǎng)方形");
    }

    public void drawCircle() {
        System.out.println("畫圓形");
    }

    class Shape {
        int m_type;
    }

    class Rectangle extends Shape {
        Rectangle() {
            super.m_type=1;
        }
    }

    class Circle extends Shape {
        Circle() {
            super.m_type=2;
        }
    }
}

我們來(lái)看看，這個(gè)代碼，初看是符合要求了，再想想，要是我增加一種形狀呢? 比如增加三角形.

1. 首先，要增加一個(gè)三角形的類， 繼承自Shape
2. 第二，要增加一個(gè)畫三角形的方法drawTriage()
3. 第三，在draw方法中增加一種類型type=3的處理方案

在這個(gè)設(shè)計(jì)中，每當(dāng)我們需要添加新的圖形類型，就需要修改 GraphicEditor 類，添加新的 if 條件。我們需要修改已有的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)新功能。

這就違背了開閉原則-對(duì)擴(kuò)展開發(fā)，對(duì)修改關(guān)閉。增加一個(gè)類型，修改了三處代碼。

6.2 開閉原則演變

為了符合開閉原則，我們可以進(jìn)行重構(gòu)。首先，我們定義一個(gè)抽象類Shape：

public class GraphicEditor {

    public void draw(Shape shape) {
        shape.draw();
    }
    
    interface Shape {
        void draw();
    }

    class Rectangle implements Shape {

        @Override
        public void draw() {
            System.out.println("畫矩形");
        }
    }

    class Circle implements Shape {

        @Override
        public void draw() {
            System.out.println("畫圓形");
        }
    }

}

各種類型的形狀自己規(guī)范自己的行為， 而GraphicEditor.draw()只負(fù)責(zé)畫出來(lái). 當(dāng)增加一種類型三角形. 只需要

1. 第一，增加一個(gè)三角形的類，實(shí)現(xiàn)Shape接口
2. 第二，調(diào)用draw方法，劃出來(lái)就可以了

整個(gè)過程都是在擴(kuò)展，而沒有修改原來(lái)的類。這個(gè)設(shè)計(jì)是符合開閉原則的。

6.3 使用例子分析

讓我們來(lái)看一個(gè)具體的使用例子，展示如何遵循開閉原則來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Shape circle = new Circle();
        Shape rectangle = new Rectangle();
        GraphicEditor editor = new GraphicEditor();

        editor.drawShape(circle);
        editor.drawShape(rectangle);
    }
}

在這個(gè)例子中，我們創(chuàng)建了一個(gè)圓形對(duì)象和一個(gè)矩形對(duì)象，并通過 GraphicEditor 類來(lái)繪制它們。當(dāng)我們需要添加新的圖形類型（例如三角形）時(shí)，只需創(chuàng)建一個(gè)新的類實(shí)現(xiàn) Shape 接口，而不需要修改現(xiàn)有的代碼：

// 三角形類
public class Triangle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        // 繪制三角形的代碼
    }
}

// 使用新的三角形類
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Shape circle = new Circle();
        Shape rectangle = new Rectangle();
        Shape triangle = new Triangle();
        GraphicEditor editor = new GraphicEditor();

        editor.drawShape(circle);
        editor.drawShape(rectangle);
        editor.drawShape(triangle);
    }
}

通過這種方式，我們可以在不修改 GraphicEditor 類的情況下，輕松地?cái)U(kuò)展新的圖形類型，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉的設(shè)計(jì)原則。

07.銀行業(yè)務(wù)案例分析

7.1 業(yè)務(wù)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)

比如現(xiàn)在有一個(gè)銀行業(yè)務(wù)，存錢，取錢和轉(zhuǎn)賬。最初我們會(huì)怎么思考呢?

1. 首先有一個(gè)銀行業(yè)務(wù)類， 用來(lái)處理銀行的業(yè)務(wù)
2. 銀行有哪些業(yè)務(wù)呢? 存錢，取錢，轉(zhuǎn)賬， 這都是銀行要執(zhí)行的操作
3. 那外部說(shuō)我要存錢， 我要取錢，我要轉(zhuǎn)賬， 通過一個(gè)類型來(lái)告訴我們

public class BankBusiness {

   public void operate(int type) {
       if (type == 1) {
           save();
       } else if(type == 2) {
           take();
       } else if(type == 3) {
           transfer();
       }
   }

   public void save(){
       System.out.println("存錢");
   }

   public void take(){
       System.out.println("取錢");
   }

   public void transfer() {
       System.out.println("轉(zhuǎn)賬");
   }
}

咋一看已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了需求. 但是現(xiàn)在有新的需求來(lái)了， 銀行要增加功能---理財(cái). 理財(cái)是銀行業(yè)務(wù)的一種， 自然是新增一個(gè)方法.

然后在operate()方法里增加一種類型. 這就是一個(gè)糟糕的設(shè)計(jì)， 增加新功能， 但是卻修改了原來(lái)的代碼

7.2 開閉原則演變

設(shè)計(jì)成接口抽象的形式，利用開關(guān)原則，可以嘗試改造為下面的代碼。將不同對(duì)象分類的服務(wù)方法進(jìn)行抽象，把業(yè)務(wù)邏輯的緊耦合關(guān)系拆開，實(shí)現(xiàn)代碼的隔離保證了方便的擴(kuò)展。

public interface Business {
    public void operate();
}

public class Save implements Business {
    @Override
    public void operate() {
        System.out.println("存錢業(yè)務(wù)");
    }
}

public class Take implements Business {
    @Override
    public void operate() {
        System.out.println("取錢業(yè)務(wù)");
    }
}

public class Transfer implements Business {
    @Override
    public void operate() {
        System.out.println("轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)");
    }
}

public class BankBusinesses {
    /**
     * 處理銀行業(yè)務(wù)
     * @param business
     */
    public void operate(Business business) {
        System.out.println("處理銀行業(yè)務(wù)");
        business.operate();
    }
}

通過接口抽象的形式方便擴(kuò)展， 加入要新增理財(cái)功能. 只需新增一個(gè)理財(cái)類， 其他業(yè)務(wù)代碼都不需要修改.

其實(shí)， 在日常工作中， 經(jīng)常會(huì)遇到這種情況. 因?yàn)槲覀兤綍r(shí)寫業(yè)務(wù)邏輯會(huì)更多一些， 而業(yè)務(wù)就像流水賬， 今天一個(gè)明天一個(gè)一點(diǎn)一點(diǎn)的增加. 所以，當(dāng)業(yè)務(wù)增加到3個(gè)的時(shí)候， 我們就要思考， 如何寫能夠方便擴(kuò)展

08.開閉原則優(yōu)缺點(diǎn)

8.1 開閉原則的優(yōu)點(diǎn)

1. 提高了代碼的可維護(hù)性與復(fù)用性：遵循開閉原則可以讓代碼更加穩(wěn)定和可維護(hù)，同時(shí)也使得代碼更容易被復(fù)用。如果我們需要修改某個(gè)模塊的行為，只需要擴(kuò)展該模塊而不需要直接修改源代碼，這樣就不會(huì)影響到其他的模塊。
2. 提高了代碼的可擴(kuò)展性：開閉原則還可以提高代碼的可擴(kuò)展性。通過擴(kuò)展已有的代碼，我們可以很容易地添加新的功能或改進(jìn)現(xiàn)有功能，從而適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的更改。
3. 提高了代碼的可測(cè)試性：遵循開閉原則可以降低代碼的耦合度，使得測(cè)試更加容易。因?yàn)槲覀冎恍枰獪y(cè)試新增的代碼，而不必驗(yàn)證已有代碼的正確性。

8.2 開閉原則的缺點(diǎn)

1. 對(duì)代碼的設(shè)計(jì)要求高：遵循開閉原則需要對(duì)代碼進(jìn)行良好的抽象和封裝，這對(duì)程序員的設(shè)計(jì)能力和經(jīng)驗(yàn)要求較高。如果設(shè)計(jì)不好，可能會(huì)導(dǎo)致代碼過于復(fù)雜難以維護(hù)。
2. 可能會(huì)增加代碼量：通過擴(kuò)展已有的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)新功能，可能會(huì)增加代碼量，使得系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。這需要我們?cè)谄胶饪删S護(hù)性和代碼量之間做出權(quán)衡。
3. 可能會(huì)帶來(lái)設(shè)計(jì)上的限制：在某些情況下，為了遵循開閉原則，我們可能需要引入更多的抽象層或接口。這可能會(huì)帶來(lái)一定的設(shè)計(jì)上的限制，限制了代碼的表達(dá)能力和靈活性。

09.開閉原則的總結(jié)

9.1 理解開閉原則

如何理解“對(duì)擴(kuò)展開放、對(duì)修改關(guān)閉”？

添加一個(gè)新的功能，應(yīng)該是通過在已有代碼基礎(chǔ)上擴(kuò)展代碼（新增模塊、類、方法、屬性等），而非修改已有代碼（修改模塊、類、方法、屬性等）的方式來(lái)完成。

關(guān)于定義，我們有兩點(diǎn)要注意。

1. 第一點(diǎn)是，開閉原則并不是說(shuō)完全杜絕修改，而是以最小的修改代碼的代價(jià)來(lái)完成新功能的開發(fā)。
2. 第二點(diǎn)是，同樣的代碼改動(dòng)，在粗代碼粒度下，可能被認(rèn)定為“修改”；在細(xì)代碼粒度下，可能又被認(rèn)定為“擴(kuò)展”。

9.2 如何做到開閉原則

如何做到“對(duì)擴(kuò)展開放、修改關(guān)閉”？

我們要時(shí)刻具備擴(kuò)展意識(shí)、抽象意識(shí)、封裝意識(shí)。在寫代碼的時(shí)候，我們要多花點(diǎn)時(shí)間思考一下，這段代碼未來(lái)可能有哪些需求變更，如何設(shè)計(jì)代碼結(jié)構(gòu)，事先留好擴(kuò)展點(diǎn)，以便在未來(lái)需求變更的時(shí)候，在不改動(dòng)代碼整體結(jié)構(gòu)、做到最小代碼改動(dòng)的情況下，將新的代碼靈活地插入到擴(kuò)展點(diǎn)上。

學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原則，要多問個(gè)為什么。

不能把設(shè)計(jì)原則當(dāng)真理，而是要理解設(shè)計(jì)原則背后的思想。搞清楚這個(gè)，比單純理解原則講的是啥，更能讓你靈活應(yīng)用原則。

9.3 開閉原則的總結(jié)

1. 問題思考：開閉原則的主要用途是什么？如何才能做到對(duì)外拓展開放，對(duì)內(nèi)修改關(guān)閉？你平常是如何理解開閉原則的，判斷的標(biāo)準(zhǔn)是什么？
2. 如何理解開閉原則：軟件實(shí)體（模塊、類、方法等）應(yīng)該“對(duì)擴(kuò)展開放、對(duì)修改關(guān)閉”。
3. 為何開閉原則比較難學(xué)：怎樣的代碼改動(dòng)才被定義為‘修改’？怎么才算滿足或違反‘開閉原則’？如何理解大部分設(shè)計(jì)模式都是遵循開閉原則！
4. 開筆原則的背景：軟件/業(yè)務(wù)迭代升級(jí)中，面對(duì)代碼變化，修改原來(lái)代碼可能引入原有模塊bug風(fēng)險(xiǎn)，因此盡量通過對(duì)外拓展來(lái)實(shí)現(xiàn)功能迭代。
5. 實(shí)現(xiàn)開閉原則的方式：常用的設(shè)計(jì)技術(shù)有以下幾種，1.抽象類和接口；2.策略模式；3.裝飾器模式等。
6. 開閉原則的案例教學(xué)：繪制圓形/矩形，通過if-else來(lái)執(zhí)行不同case邏輯，新增一種類型則需要修改原邏輯。因此考慮通過接口+抽象類方式實(shí)現(xiàn)友好拓展。
7. 開閉原則的優(yōu)點(diǎn)：1.提高代碼拓展性和可維護(hù)性；2.提高代碼可測(cè)試的粒度；3.降低的代碼耦合度。
8. 開閉原則的缺點(diǎn)：1.對(duì)代碼設(shè)計(jì)要求高；2.可能會(huì)導(dǎo)致代碼量增大和變得復(fù)雜；3.可能會(huì)帶來(lái)設(shè)計(jì)上的限制。
9. 總結(jié)如何理解開閉原則：當(dāng)需求發(fā)生變化時(shí)，我們應(yīng)該通過添加新的代碼來(lái)擴(kuò)展功能，而不是修改已有的代碼。
10. 總結(jié)如何運(yùn)用開閉原則：通過封裝變化、使用抽象化、利用擴(kuò)展點(diǎn)和遵循依賴倒置原則來(lái)實(shí)現(xiàn)。

10.更多內(nèi)容推薦

23種設(shè)計(jì)模式