设计模式系列4——六大设计原则之单一职责

1 单一职责的定义

单一职责原则(Single Responsibility Principle,SRP)又称单一功能原则,由罗伯特·C.马丁(Robert C. Martin)于《敏捷软件开发:原则、模式和实践》一书中提出的。这里的职责是指类变化的原因,单一职责原则规定一个类应该有且仅有一个引起它变化的原因,否则类应该被拆分(There should never be more than one reason for a class to change)。

该原则提出对象不应该承担太多职责,如果一个对象承担了太多的职责,至少存在以下两个缺点:

  • 一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类实现其他职责的能力;
  • 当客户端需要该对象的某一个职责时,不得不将其他不需要的职责全都包含进来,从而造成冗余代码或代码的浪费。

举个例子
类T负责两个不同的职责:职责P1,职责P2。当由于职责P1需求发生改变而需要修改类T时,有可能会导致原本运行正常的职责P2功能发生故障。

2 优点

单一职责原则的核心就是控制类的粒度大小、将对象解耦、提高其内聚性。如果遵循单一职责原则将有以下优点。

  • 降低类的复杂度。一个类只负责一项职责,其逻辑肯定要比负责多项职责简单得多。
  • 提高类的可读性。复杂性降低,自然其可读性会提高。
  • 提高系统的可维护性。可读性提高,那自然更容易维护了。
  • 变更引起的风险降低。变更是必然的,如果单一职责原则遵守得好,当修改一个功能时,可以显著降低对其他功能的影响。

image.png

3 使用案例

遵循单一职责原则。分别建立两个类T1、T2,使T1完成职责P1功能,T2完成职责P2功能。这样,当修改类T1时,不会使职责P2发生故障风险;同理,当修改T2时,也不会使职责P1发生故障风险。

说到单一职责原则,很多人都会不屑一顾。因为它太简单了。稍有经验的程序员即使从来没有读过设计模式、从来没有听说过单一职责原则,在设计软件时也会自觉的遵守这一重要原则,因为这是常识。在软件编程中,谁也不希望因为修改了一个功能导致其他的功能发生故障。而避免出现这一问题的方法便是遵循单一职责原则。虽然单一职责原则如此简单,并且被认为是常识,但是即便是经验丰富的程序员写出的程序,也会有违背这一原则的代码存在。为什么会出现这种现象呢?因为有职责扩散。所谓职责扩散,就是因为某种原因,职责P被分化为粒度更细的职责P1和P2。

比如:类T只负责一个职责P,这样设计是符合单一职责原则的。后来由于某种原因,也许是需求变更了,也许是程序的设计者境界提高了,需要将职责P细分为粒度更细的职责P1,P2,这时如果要使程序遵循单一职责原则,需要将类T也分解为两个类T1和T2,分别负责P1、P2两个职责。但是在程序已经写好的情况下,这样做简直太费时间了。所以,简单的修改类T,用它来负责两个职责是一个比较不错的选择,虽然这样做有悖于单一职责原则。(这样做的风险在于职责扩散的不确定性,因为我们不会想到这个职责P,在未来可能会扩散为P1,P2,P3,P4……Pn。所以记住,在职责扩散到我们无法控制的程度之前,立刻对代码进行重构。)

举例说明,用一个类描述动物呼吸这个场景:

class Animal{  
       public void breathe(String animal){  
           System.out.println(animal+"呼吸空气");  
       }  
   }  
   public class Client{  
       public static void main(String[] args){  
           Animal animal = new Animal();  
           animal.breathe("牛");  
           animal.breathe("羊");  
           animal.breathe("猪");  
       }  
   }

运行结果:

牛呼吸空气
羊呼吸空气
猪呼吸空气

程序上线后,发现问题了,并不是所有的动物都呼吸空气的,比如鱼就是呼吸水的。修改时如果遵循单一职责原则,需要将Animal类细分为陆生动物类Terrestrial,水生动物Aquatic,代码如下:

class Terrestrial{  
   public void breathe(String animal){  
       System.out.println(animal+"呼吸空气");  
   }  
}  
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("猪");  
         
       Aquatic aquatic = new Aquatic();  
       aquatic.breathe("鱼");  
   }  
}

运行结果:

牛呼吸空气
羊呼吸空气
猪呼吸空气
鱼呼吸水

我们会发现如果这样修改花销是很大的,除了将原来的类分解之外,还需要修改客户端。而直接修改类Animal来达成目的虽然违背了单一职责原则,但花销却小的多,代码如下:

class Animal{  
       public void breathe(String animal){  
           if("鱼".equals(animal)){  
               System.out.println(animal+"呼吸水");  
           }else{  
               System.out.println(animal+"呼吸空气");  
           }  
       }  
   }  
     
   public class Client{  
       public static void main(String[] args){  
           Animal animal = new Animal();  
           animal.breathe("牛");  
           animal.breathe("羊");  
           animal.breathe("猪");  
           animal.breathe("鱼");  
       }  
   }

可以看到,这种修改方式要简单的多。但是却存在着隐患:有一天需要将鱼分为呼吸淡水的鱼和呼吸海水的鱼,则又需要修改Animal类的breathe方法,而对原有代码的修改会对调用“猪”“牛”“羊”等相关功能带来风险,也许某一天你会发现程序运行的结果变为“牛呼吸水”了。这种修改方式直接在代码级别上违背了单一职责原则,虽然修改起来最简单,但隐患却是最大的。还有一种修改方式:

class Animal{  
       public void breathe(String animal){  
           System.out.println(animal+"呼吸空气");  
       }  
     
       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("猪");  
           animal.breathe2("鱼");  
       }  
   }

可以看到,这种修改方式没有改动原来的方法,而是在类中新加了一个方法,这样虽然也违背了单一职责原则,但在方法级别上却是符合单一职责原则的,因为它并没有动原来方法的代码。这三种方式各有优缺点,那么在实际编程中,采用哪一中呢?其实这真的比较难说,需要根据实际情况来确定。

我的原则是:只有逻辑足够简单,才可以在代码级别上违反单一职责原则;只有类中方法数量足够少,才可以在方法级别上违反单一职责原则

例如本文所举的这个例子,它太简单了,它只有一个方法,所以,无论是在代码级别上违反单一职责原则,还是在方法级别上违反,都不会造成太大的影响。实际应用中的类都要复杂的多,一旦发生职责扩散而需要修改类时,除非这个类本身非常简单,否则还是遵循单一职责原则的好。

更新时间:2020-08-21 09:09:20

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最后更新:2020-08-21 09:09:20

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