設計模式六大原則(1):單一職責原則
定義:不要存在多于一個導致類變更的原因。通俗的說,即一個類只負責一項職責。
問題由來:類T負責兩個不同的職責:職責P1,職責P2。當由于職責P1需求發生改變而需要修改類T時,有可能會導致原本運行正常的職責P2功能發生故障。
解決方案:遵循單一職責原則。分別建立兩個類T1、T2,使T1完成職責P1功能,T2完成職責P2功能。這樣,當修改類T1時,不會使職責P2發生故障風險;同理,當修改T2時,也不會使職責P1發生故障風險。
說到單一職責原則,很多人都會不屑一顧。因為它太簡單了。稍有經驗的程序員即使從來沒有讀過設計模式、從來沒有聽說過單一職責原則,在設計軟件時也會自覺的遵守這一重要原則,因為這是常識。在軟件編程中,誰也不希望因為修改了一個功能導致其他的功能發生故障。而避免出現這一問題的方法便是遵循單一職責原則。雖然單一職責原則如此簡單,并且被認為是常識,但是即便是經驗豐富的程序員寫出的程序,也會有違背這一原則的代碼存在。為什么會出現這種現象呢?因為有職責擴散。所謂職責擴散,就是因為某種原因,職責P被分化為粒度更細的職責P1和P2。
比如:類T只負責一個職責P,這樣設計是符合單一職責原則的。后來由于某種原因,也許是需求變更了,也許是程序的設計者境界提高了,需要將職責P細分為粒度更細的職責P1,P2,這時如果要使程序遵循單一職責原則,需要將類T也分解為兩個類T1和T2,分別負責P1、P2兩個職責。但是在程序已經寫好的情況下,這樣做簡直太費時間了。所以,簡單的修改類T,用它來負責兩個職責是一個比較不錯的選擇,雖然這樣做有悖于單一職責原則。(這樣做的風險在于職責擴散的不確定性,因為我們不會想到這個職責P,在未來可能會擴散為P1,P2,P3,P4……Pn。所以記住,在職責擴散到我們無法控制的程度之前,立刻對代碼進行重構。)
舉例說明,用一個類描述動物呼吸這個場景:
class Animal{
public void breathe(String animal){
System.out.println(animal+“呼吸空氣”);
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
Animal animal = new Animal();
animal.breathe(“牛”);
animal.breathe(“羊”);
animal.breathe(“豬”);
}
}
運行結果:
牛呼吸空氣
羊呼吸空氣
豬呼吸空氣
程序上線后,發現問題了,并不是所有的動物都呼吸空氣的,比如魚就是呼吸水的。修改時如果遵循單一職責原則,需要將Animal類細分為陸生動物類Terrestrial,水生動物Aquatic,代碼如下:
class Terrestrial{
public void breathe(String animal){
System.out.println(animal+“呼吸空氣”);
}
}
class Aquatic{
public void breathe(String animal){
System.out.println(animal+“呼吸水”);
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
Terrestrial terrestrial = new Terrestrial();
terrestrial.breathe(“牛”);
terrestrial.breathe(“羊”);
terrestrial.breathe(“豬”);
Aquatic aquatic = new Aquatic();
aquatic.breathe(“魚”);
}
}
運行結果:
牛呼吸空氣
羊呼吸空氣
豬呼吸空氣
魚呼吸水
我們會發現如果這樣修改花銷是很大的,除了將原來的類分解之外,還需要修改客戶端。而直接修改類Animal來達成目的雖然違背了單一職責原則,但花銷卻小的多,代碼如下:
class Animal{
public void breathe(String animal){
if(“魚”.equals(animal)){
System.out.println(animal+“呼吸水”);
}else{
System.out.println(animal+“呼吸空氣”);
}
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
Animal animal = new Animal();
animal.breathe(“牛”);
animal.breathe(“羊”);
animal.breathe(“豬”);
animal.breathe(“魚”);
}
}
可以看到,這種修改方式要簡單的多。但是卻存在著隱患:有一天需要將魚分為呼吸淡水的魚和呼吸海水的魚,則又需要修改Animal類的breathe方法,而對原有代碼的修改會對調用“豬”“牛”“羊”等相關功能帶來風險,也許某一天你會發現程序運行的結果變為“牛呼吸水”了。這種修改方式直接在代碼級別上違背了單一職責原則,雖然修改起來最簡單,但隱患卻是最大的。還有一種修改方式:
class Animal{
public void breathe(String animal){
System.out.println(animal+“呼吸空氣”);
}
public void breathe2(String animal){
System.out.println(animal+“呼吸水”);
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
Animal animal = new Animal();
animal.breathe(“牛”);
animal.breathe(“羊”);
animal.breathe(“豬”);
animal.breathe2(“魚”);
}
}
可以看到,這種修改方式沒有改動原來的方法,而是在類中新加了一個方法,這樣雖然也違背了單一職責原則,但在方法級別上卻是符合單一職責原則的,因為它并沒有動原來方法的代碼。這三種方式各有優缺點,那么在實際編程中,采用哪一中呢?其實這真的比較難說,需要根據實際情況來確定。我的原則是:只有邏輯足夠簡單,才可以在代碼級別上違反單一職責原則;只有類中方法數量足夠少,才可以在方法級別上違反單一職責原則;
例如本文所舉的這個例子,它太簡單了,它只有一個方法,所以,無論是在代碼級別上違反單一職責原則,還是在方法級別上違反,都不會造成太大的影響。實際應用中的類都要復雜的多,一旦發生職責擴散而需要修改類時,除非這個類本身非常簡單,否則還是遵循單一職責原則的好。
遵循單一職責原的優點有:
可以降低類的復雜度,一個類只負責一項職責,其邏輯肯定要比負責多項職責簡單的多;
提高類的可讀性,提高系統的可維護性;
變更引起的風險降低,變更是必然的,如果單一職責原則遵守的好,當修改一個功能時,可以顯著降低對其他功能的影響。
需要說明的一點是單一職責原則不只是面向對象編程思想所特有的,只要是模塊化的程序設計,都適用單一職責原則。
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