设计模式系列6——六大设计原则之依赖倒置原则

1 依赖倒置原则定义

依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle,DIP)是 Object Mentor 公司总裁罗伯特·马丁(Robert C.Martin)于 1996 年在 C++ Report 上发表的文章。

依赖倒置原则的原始定义为:高层模块不应该依赖低层模块,两者都应该依赖其抽象;抽象不应该依赖细节,细节应该依赖抽象(High level modules shouldnot depend upon low level modules.Both should depend upon abstractions.Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions)。其核心思想是:要面向接口编程,不要面向实现编程

依赖倒置原则是实现开闭原则的重要途径之一,它降低了客户与实现模块之间的耦合。

由于在软件设计中,细节具有多变性,而抽象层则相对稳定,因此以抽象为基础搭建起来的架构要比以细节为基础搭建起来的架构要稳定得多。这里的抽象指的是接口或者抽象类,而细节是指具体的实现类。

使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约,而不去涉及任何具体的操作,把展现细节的任务交给它们的实现类去完成。

2 优点

在开发软件的过程中为了降低开发的成本,习惯性的会去尽可能的重用代码,但是在重用代码的过程中,上层模块一般会调用下层模块,但是当下层模块改变的时候就会引起上层模块也要跟着去改变为了解决这个情况,人们就引入了依赖倒置原则。具体内容如思维导图所示:

image.png

依赖倒置原则的主要作用如下:

  • 依赖倒置原则可以降低类间的耦合性。
  • 依赖倒置原则可以提高系统的稳定性。
  • 依赖倒置原则可以减少并行开发引起的风险。
  • 依赖倒置原则可以提高代码的可读性和可维护性。

3 解决方案

3.1 例子1

下面以“顾客购物程序”为例来说明依赖倒置原则的应用。

本程序反映了 “顾客类”与“商店类”的关系,商店类中有 sell() 方法,顾客类通过该方法购物以下代码定义了顾客类通过韶关网店 ShaoguanShop 购物:

class Customer
{
    public void shopping(ShaoguanShop shop)
    {
        //购物
        System.out.println(shop.sell());
    }
}

但是,这种设计存在缺点,如果该顾客想从另外一家商店(如婺源网店 WuyuanShop)购物,就要将该顾客的代码修改如下:

class Customer
{
    public void shopping(WuyuanShop shop)
    {
        //购物
        System.out.println(shop.sell());
    }
}

顾客每更换一家商店,都要修改一次代码,这明显违背了开闭原则。存在以上缺点的原因是:顾客类设计时同具体的商店类绑定了,这违背了依赖倒置原则。解决方法是:定义“婺源网店”和“韶关网店”的共同接口 Shop,顾客类面向该接口编程,其代码修改如下:

class Customer
{
    public void shopping(Shop shop)
    {
        //购物
        System.out.println(shop.sell());
    }
}

这样,不管顾客类 Customer 访问什么商店,或者增加新的商店,都不需要修改原有代码了,其类图如图所示:
image.png

package principle;
public class DIPtest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Customer wang=new Customer();
        System.out.println("顾客购买以下商品:"); 
        wang.shopping(new ShaoguanShop()); 
        wang.shopping(new WuyuanShop());
    }
}
//商店
interface Shop
{
    public String sell(); //卖
}
//韶关网店
class ShaoguanShop implements Shop
{
    public String sell()
    {
        return "韶关土特产:香菇、木耳……"; 
    } 
}
//婺源网店
class WuyuanShop implements Shop
{
    public String sell()
    {
        return "婺源土特产:绿茶、酒糟鱼……"; 
    }
} 
//顾客
class Customer
{
    public void shopping(Shop shop)
    {
        //购物
        System.out.println(shop.sell()); 
    }
}

程序的运行结果如下:

顾客购买以下商品:
韶关土特产:香菇、木耳……
婺源土特产:绿茶、酒糟鱼……

3.2 例子2

类A直接依赖类B,假如要将类A改为依赖类C,则必须通过修改类A的代码来达成。这种场景下,类A一般是高层模块,负责复杂的业务逻辑;类B和类C是低层模块,负责基本的原子操作;假如修改类A,会给程序带来不必要的风险。那如何解决呢?

将类A修改为依赖接口I,类B和类C各自实现接口I,类A通过接口I间接与类B或者类C发生联系,则会大大降低修改类A的几率。

依赖倒置原则基于这样一个事实:相对于细节的多变性,抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建起来的架构比以细节为基础搭建起来的架构要稳定的多。在java中,抽象指的是接口或者抽象类,细节就是具体的实现类,使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约,而不去涉及任何具体的操作,把展现细节的任务交给他们的实现类去完成。

依赖倒置原则的核心思想是面向接口编程,我们依旧用一个例子来说明面向接口编程比相对于面向实现编程好在什么地方。

场景是这样的,母亲给孩子讲故事,只要给她一本书,她就可以照着书给孩子讲故事了。代码如下:

class Book{  
       public String getContent(){  
           return "很久很久以前有一个阿拉伯的故事……";  
       }  
   }  
     
   class Mother{  
       public void narrate(Book book){  
           System.out.println("妈妈开始讲故事");  
           System.out.println(book.getContent());  
       }  
   }  
     
   public class Client{  
       public static void main(String[] args){  
           Mother mother = new Mother();  
           mother.narrate(new Book());  
       }  
   }

运行结果:

妈妈开始讲故事
很久很久以前有一个阿拉伯的故事……

运行良好,假如有一天,需求变成这样:不是给书而是给一份报纸,让这位母亲讲一下报纸上的故事,报纸的代码如下:

class Newspaper{
public String getContent(){
return "林书豪38+7领导尼克斯击败湖人……";
}
}

这位母亲却办不到,因为她居然不会读报纸上的故事,这太荒唐了,只是将书换成报纸,居然必须要修改Mother才能读。假如以后需求换成杂志呢?换成网页呢?还要不断地修改Mother,这显然不是好的设计。原因就是Mother与Book之间的耦合性太高了,必须降低他们之间的耦合度才行。

我们引入一个抽象的接口IReader。读物,只要是带字的都属于读物:

interface IReader{  
   public String getContent();  
}

Mother类与接口IReader发生依赖关系,而Book和Newspaper都属于读物的范畴,他们各自都去实现IReader接口,这样就符合依赖倒置原则了,代码修改为:

class Newspaper implements IReader {  
       public String getContent(){  
           return "林书豪17+9助尼克斯击败老鹰……";  
       }  
   }  
   class Book implements IReader{  
       public String getContent(){  
           return "很久很久以前有一个阿拉伯的故事……";  
       }  
   }  
     
   class Mother{  
       public void narrate(IReader reader){  
           System.out.println("妈妈开始讲故事");  
           System.out.println(reader.getContent());  
       }  
   }  
     
   public class Client{  
       public static void main(String[] args){  
           Mother mother = new Mother();  
           mother.narrate(new Book());  
           mother.narrate(new Newspaper());  
       }  
   }

运行结果:

妈妈开始讲故事
很久很久以前有一个阿拉伯的故事……
妈妈开始讲故事
林书豪17+9助尼克斯击败老鹰……

这样修改后,无论以后怎样扩展Client类,都不需要再修改Mother类了。这只是一个简单的例子,实际情况中,代表高层模块的Mother类将负责完成主要的业务逻辑,一旦需要对它进行修改,引入错误的风险极大。所以遵循依赖倒置原则可以降低类之间的耦合性,提高系统的稳定性,降低修改程序造成的风险。

采用依赖倒置原则给多人并行开发带来了极大的便利,比如上例中,原本Mother类与Book类直接耦合时,Mother类必须等Book类编码完成后才可以进行编码,因为Mother类依赖于Book类。修改后的程序则可以同时开工,互不影响,因为Mother与Book类一点关系也没有。参与协作开发的人越多、项目越庞大,采用依赖导致原则的意义就越重大。现在很流行的TDD开发模式就是依赖倒置原则最成功的应用。

传递依赖关系有三种方式,相信用过Spring框架的,对依赖的传递方式一定不会陌生:

  • 构造方法传递(例子中使用的方法)
  • 构造方法传递
  • setter方法传递

在实际编程中,我们一般需要做到如下3点:

  • 低层模块尽量都要有抽象类或接口,或者两者都有。
  • 变量的声明类型尽量是抽象类或接口。
  • 使用继承时遵循里氏替换原则。

依赖倒置原则的核心就是要我们面向接口编程,理解了面向接口编程,也就理解了依赖倒置。

更新时间:2020-08-20 19:24:08

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最后更新:2020-08-20 19:24:08

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