六大原则之“开闭原则（OCP）“笔记

sher · 发表于 2015-11-8 14:18:22

1.开闭原则：Open Closed Principle, OCP)

定义：Software entities like classes, modules and functions should be open for extension but closed for modifications.(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。）

2.理解：

2.1 软件实体应该对扩展开放，对修改关闭，其含义是说一个软件实体应该通过扩展来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化。

软件实体包括以下几个部分：

项目或软件产品中按照一定的逻辑规则划分的模块；
抽象和类；
方法。

　　

2.2 修改：　　可以分为两个层次来分析。一个层次是对抽象定义的修改，如对象公开的接口，包括方法的名称、参数与返回类型。

我们必须保证一个接口，尤其要保证被其他对象调用的接口的稳定；否则，就会导致修改蔓延，牵一发而动全身。从某种程度上讲，接口就是标准，要保障接口的稳定，就应该对对象进行合理的封装。一般的设计原则之所以强调方法参数尽量避免基本类型，原因正在于此。比较如下两个方法定义：

1. //定义1
2. bool Connect(string userName, string password, string ftpAddress, int port);
3. //定义2
4. bool Connect(Account account);
5. public class Account
6. {
7.    public string UserName { get; set; }
8.    public string Password { get; set; }
9.    public string FtpAddress { get; set; }
10.    public string int Port { get; set; }
11. }
　　
　　相比较前者，后者虽然多了一个Account类的定义，但Connect()方法却明显更加稳定。倘若需要为Connect()方法提供一个Ftp服务器的主目录名，定义1必须修改该方法的接口，对应的，所有调用Connect()方法的对象都会受到影响；而定义2只需要修改Account类，由于Connect()方法的接口保持不变，只要Connect()方法的调用者并不需要主目录名，这样的修改就完全不会影响调用者。即使需要主目录名，我们也可以在Account类的构造函数中为主目录名提供默认的实现，从而降低需求变化带来的影响。我认为，这样的设计对修改就是封闭的。定义2
良好！
　　另一个层次是指对具体实现的修改。"对修改封闭"是开放封闭原则的两个要素之一。原则上，要做到避免对源代码的修改，即使仅修改具体实现，也需要慎之又慎。这是因为具体实现的修改，可能会给调用者带来意想不到的结果，这一结果并非我们预期的，甚至可能与预期相反。如果确实需要修改具体的实现，就需要做好达到测试覆盖率要求的单元测试。根据我的经验，设计要做到完全对修改封闭，几乎是不可能完成的任务。我们只能尽量将代码修改的影响降到最低，其核心指导原则就是封装与充分的测试。

2.3 扩展

　　"对扩展开放"的关键是"抽象"，而对象的多态则保证了这种扩展的开放性。开放原则首先意味着我们可以自由地增加功能，而不会影响原有系统。这就要求我们能够通过继承完成功能的扩展。其次，开放原则还意味着实现是可替换的。只有利用抽象，才可以为定义提供不同的实现，然后根据不同的需求实例化不同的实现子类。例如排序算法的调用，对照图1与图2之间的区别。

　　
图1的设计无法支持排序算法的扩展，因为Client直接调用了冒泡排序算法实现的BubbleSort类，一旦要求支持快速排序算法，就束手无策了。图2由于引入了排序算法的共同抽象ISortable接口，只要排序算法实现了该接口，就可以被Client调用。

2.4 开放封闭原则还可以统一起来理解。
由于我们对扩展实现了开放，才能够保证对修改是封闭的。开放利用了对象的抽象，封闭则在一定程度上利用了封装。最佳的做法仍然是要做到分离对象的变与不变，将对象不变的部分封装起来，并遵循良好的设计原则以保障接口的稳定；至于对象中可能变的部分，则需要进行抽象，以建立松散的耦合关系。
回忆前面的5个原则，OCP恰恰告诉我们：用抽象构建框架，用实现扩展细节的注意事项而已：
　　

单一职责原则告诉我们实现类要职责单一；
里氏替换原则告诉我们不要破坏继承体系；
依赖倒置原则告诉我们要面向接口编程；
接口隔离原则告诉我们要在设计接口时要精简单一；
迪米特法则告诉我们要降低耦合。

而开闭原则是总纲，他告诉我们要对扩展开放，对修改关闭。　　

　　3.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。
　　

4.使用LoD的好处：

使单元测试也能够OCP；
帮助缩小逻辑粒度，以提高可复用性；
可以使维护人员只扩展一个类，而非修改一个类，从而提高可维护性；
在设计之初考虑所有可能变化的因素，留下接口，从而符合面向对象开发的要求；

　　

5.难点：

如何遵循抽象约束：

a) 通过接口或抽象类约束扩展，对扩展进行边界限定，不允许出现在接口或抽象类中的不存在的public方法；

b) 参数类型、引用对象尽量使用接口或者抽象类，而不是实现类；

c) 抽象层尽量保持稳定，一旦确定即不允许修改。

封装变化：

a) 将相同的变化封装到一个接口或抽象类中；

b) 将不同的变化封装到不同的接口或抽象类中，不应该有两个不同的变化出现在同一接口或抽象类中。（23设计模式也是从各个不同的角度对变化进行封装的）

6.最佳实践：

封装变化：按可能变化的不同去封装变化；

抽象约束：抽象层尽量保持稳定，一旦确定即不允许修改。

7.范例：　　7.1扩展实现（书店售书例，下为其类图）

　　

代码清单如下：
public interface IBook {
//书籍有名称
public String getName();
//书籍有售价
public int getPrice();
//书籍有作者
public String getAuthor();
}
小说书籍的源代码如下：
public class NovelBook implements IBook {
//书籍名称
private String name;
//书籍的价格
private int price;
//书籍的作者
private String author;
//通过构造函数传递书籍数据
public NovelBook(String _name,int _price,String _author){
this.name = _name;
this.price = _price;
this.author = _author;
}
//获得作者是谁
public String getAuthor() {
return this.author;
}
//书籍叫什么名字
public String getName() {
return this.name;
}
//获得书籍的价格
public int getPrice() {
return this.price;
}
}
//售书
public class BookStore {
private final static ArrayList<IBook> bookList = new ArrayList<IBook>();
//静态模块初始化，项目中一般是从持久层初始化产
static{
bookList.add(new NovelBook("天龙八部",3200,"金庸")); ////
bookList.add(new NovelBook("巴黎圣母院",5600,"雨果")); ////
bookList.add(new NovelBook("悲惨世界",3500,"雨果")); ////
bookList.add(new NovelBook("金瓶梅",4300,"兰陵笑笑生")); ////
}
//模拟书店买书
public static void main(String[] args) {
NumberFormat formatter = NumberFormat.getCurrencyInstance();
formatter.setMaximumFractionDigits(2);
System.out.println("------------书店买出去的书籍记录如下：---------------------");
for(IBook book:bookList){
System.out.println("书籍名称：" + book.getName()+"\t书籍作者：" +
book.getAuthor()+ "\t书籍价格：" + formatter.format(book.getPrice()/100.0)+"元");
}
}
}

　　项目投产，书店盈利，但为扩大市场，书店决定，40元以上打9折，40元以下打8 折。如何解决这个问题呢？
　　修改接口。在IBook上新增加一个方法getOffPrice()，专门进行打折，所有实现类实现这个方法。但是这样修改的后果就是实现类NovelBook要修改,BookStore中的main方法也修改，同时Ibook作为接口应该是稳定且可靠的，不应该经常发生变化，否则接口做为契约的作用就失去了效能，因此该方案被否定。
　　修改实现类。修改NovelBook 类中的方法，直接在getPrice()中实现打折处理，这个应该是大家在项目中经常使用的就是这样办法，通过class文件替换的方式可以完成部分业务（或是缺陷修复）变化，该方法在项目有明确的章程（团队内约束）或优良的架构设计时，是一个非常优秀的方法，但是该方法还是有缺陷的，例如采购书籍人员也是要看价格的，由于该方法已经实现了打折处理价格，因此采购人员看到的也是打折后的价格，这就产生了信息的蒙蔽效果，导致信息不对称而出现决策失误的情况。该方案也不是一个最优的方案。
　　通过扩展实现变化。增加一个子类 OffNovelBook，覆写getPrice方法，高层次的模块（也就是static静态模块区）通过OffNovelBook类产生新的对象，完成对业务变化开发任务。好办法，风险也小，我们来看类图：

OffNovelBook类继承了NovelBook，并覆写了getPrice方法，不修改原有的代码。我们来看看新增加的子类OffNovelBook：
　　

public class OffNovelBook extends NovelBook {
public OffNovelBook(String _name,int _price,String _author){
super(_name,_price,_author);
}
//覆写销售价格
@Override
public int getPrice(){
//原价
int selfPrice = super.getPrice();
int offPrice=0;
if(selfPrice>4000){ //原价大于40元，则打9折
offPrice = selfPrice * 90 /100;
}else{
offPrice = selfPrice * 80 /100;
}
return offPrice;
}
}
很简单，仅仅覆写了getPrice方法，通过扩展完成了新增加的业务。然后我们来看BookStore类的修改：
public class BookStore {
private final static ArrayList<IBook> bookList = new ArrayList<IBook>();
//静态模块初始化，项目中一般是从持久层初始化产
static{
bookList.add(new OffNovelBook("天龙八部",3200,"金庸"));
bookList.add(new OffNovelBook("巴黎圣母院",5600,"雨果"));
bookList.add(new OffNovelBook("悲惨世界",3500,"雨果"));
bookList.add(new OffNovelBook("金瓶梅",4300,"兰陵笑笑生"));
}
//模拟书店买书
public static void main(String[] args) {
NumberFormat formatter = NumberFormat.getCurrencyInstance();
formatter.setMaximumFractionDigits(2);
System.out.println("------------书店买出去的书籍记录如下：---------------------");
for(IBook book:bookList){
System.out.println("书籍名称：" + book.getName()+"\t书籍作者：" +
book.getAuthor()+ "\t书籍价格：" + formatter.format(book.getPrice()/100.0)+"元");
}
}
}

　　归纳变化：
　　逻辑变化。只变化一个逻辑，而不涉及到其他模块，比如原有的一个算法是a*b+c，现在要求a*b*c，可能通过修改原有类中的方法方式来完成，前提条件是所有依赖或关联类都按此相同逻辑处理。
　　子模块变化。一个模块变化，会对其他模块产生影响，特别是一个低层次的模块变化必然引起高层模块的变化，因此在通过扩展完成变化时，高层次的模块修改是必然的，刚刚的书籍打折处理就是类似的处理模块，该部分的变化甚至引起界面的变化。
　　可见视图变化。可见视图是提供给客户使用的界面，该部分的变化一般会引起连锁反应（特别是在国内做项目，做欧美的外包项目一般不会影响太大），如果仅仅是界面上按钮、文字的重新排布倒是简单，最司空见惯的是业务耦合变化，什么意思呢？一个展示数据的列表，按照原有的需求是六列，突然有一天要增加一列，而且这一列要跨度N张表，处理M个逻辑才能展现出来，这样的变化是比较恐怖的，但是我们还是可以通过扩展来完成变化，这就依赖我们原有的设计是否灵活。
　　

　　
　　
　　7.2扩展接口再扩展实现
　　在上例中，书店又增加了计算机类书籍，该类书还有一个独特特性：面向的是什么领域，修改后的类图如下：

　　增加了一个接口IcomputerBook和实现类ComputerBook，而BookStore不用做任何修改就可以完成书店销售计算机书籍的业务，我们来看源代码：

　　public interface IComputerBook extends IBook{
//计算机书籍是有一个范围
public String getScope();
}
很简单，计算机数据增加了一个方法，就是获得该书籍的范围，同时继承IBook接口，毕竟计算机书籍也是书籍。其实现类如下：
public class ComputerBook implements IComputerBook {
private String name;
private String scope;
private String author;
private int price;
public ComputerBook(String _name,int _price,String _author,String _scope){
this.name=_name;
this.price = _price
this.author = _author;
this.scope = _scope;
}
public String getScope() {
return this.scope;
}
public String getAuthor() {
return this.author;
}
public String getName() {
return this.name;
}
public int getPrice() {
return this.price;
}
}
也很简单，实现IcomputerBook就可以，而BookStore类没有做任何的修改，只是在static静态模块中增加一条数据，代码如下：
public class BookStore {
private final static ArrayList<IBook> bookList = new ArrayList<IBook>();
//静态模块初始化，项目中一般是从持久层初始化产
static{
bookList.add(new OffNovelBook("天龙八部",3200,"金庸"));
bookList.add(new OffNovelBook("巴黎圣母院",5600,"雨果"));
bookList.add(new OffNovelBook("悲惨世界",3500,"雨果"));
bookList.add(new OffNovelBook("金瓶梅",4300,"兰陵笑笑生"));
//增加计算机书籍
bookList.add(new ComputerBook("Think in Java",4300,"Bruce Eckel","编程语言"));
}
//模拟书店买书
public static void main(String[] args) {
NumberFormat formatter = NumberFormat.getCurrencyInstance();
formatter.setMaximumFractionDigits(2);
System.out.println("------------书店买出去的书籍记录如下：---------------------");
for(IBook book:bookList){
System.out.println("书籍名称：" + book.getName()+"\t书籍作者：" +
book.getAuthor()+ "\t书籍价格：" + formatter.format(book.getPrice()/100.0)+"元");
}
}
}

　　

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