设计模式 - 七大设计原则（三）- 迪米特法则与里氏替换原则
概述
简单介绍一下七大设计原则：
- 开闭原则：是所有面向对象设计的核心，对扩展开放，对修改关闭
- 依赖倒置原则：针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体
- 单一职责原则：一个接口只负责一件事情，只能有一个原因导致类变化
- 接口隔离原则：使用多个专门的接口，而不是使用一个总接口
- 迪米特法则（最少知道原则）：只和朋友交流（成员变量、方法输入输出参数），不和陌生人说话，控制好访问修饰符
- 里氏替换原则：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能
- 合成复用原则：尽量使用对象组合(has-a)/聚合(contanis-a)，而不是继承关系达到软件复用的目的
迪米特法则
定义
迪米特原则(Law of Demeter LoD)是指一个对象应该对其他对象保持最少的了解，又 叫最少知道原则(Least Knowledge Principle,LKP)，尽量降低类与类之间的耦合。
迪米特原则主要强调只和朋友交流，不和陌生人说话。出现在成员变量、方法的输入、输 出参数中的类都可以称之为成员朋友类，而出现在方法体内部的类不属于朋友类。
示例
现在来设计一个权限系统，Boss 需要查看目前发布到线上的课程数量。这时候，Boss 要找到 TeamLeader 去进行统计，TeamLeader 再把统计结果告诉 Boss。接下来我们还 是来看代码:
Course类：
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-26 上午9:17
*/
public class Course {
}
TeamLeader 类：
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-26 上午9:17
*/
public class TeamLeader {
public void checkNumberOfCourses(List<Course> courseList) {
System.out.println("目前已发布的课程数量是:" + courseList.size());
}
}
Boss 类：
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-26 上午9:17
*/
public class Boss {
public void commandCheckNumber(TeamLeader teamLeader) {
//模拟 Boss 一页一页往下翻页，TeamLeader 实时统计
List<Course> courseList = new ArrayList<Course>();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
courseList.add(new Course());
}
teamLeader.checkNumberOfCourses(courseList);
}
}
测试代码：
public static void main(String[] args) {
Boss boss = new Boss();
TeamLeader teamLeader = new TeamLeader();
boss.commandCheckNumber(teamLeader);
}
写到这里，其实功能已经都已经实现，代码看上去也没什么问题。根据迪米特原则，Boss 只想要结果，不需要跟 Course 产生直接的交流。而 TeamLeader 统计需要引用 Course 对象。Boss 和 Course 并不是朋友，从下面的类图就可以看出来:
下面来对代码进行改造:
TeamLeader类：
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-26 上午9:17
*/
public class TeamLeader {
public void checkNumberOfCourses() {
List<Course> courseList = new ArrayList<Course>();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
courseList.add(new Course());
}
System.out.println("目前已发布的课程数量是:" + courseList.size());
}
}
Boss 类：
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-26 上午9:17
*/
public class Boss {
public void commandCheckNumber(TeamLeader teamLeader) {
teamLeader.checkNumberOfCourses();
}
}
再来看下面的类图，Course 和 Boss 已经没有关联了。
学习软件设计原则，千万不能形成强迫症。碰到业务复杂的场景，我们需要随机应变。
里氏替换原则
定义
里氏替换原则(Liskov Substitution Principle,LSP)是指如果对每一个类型为 T1 的对 象 o1,都有类型为 T2 的对象 o2,使得以 T1 定义的所有程序 P 在所有的对象 o1 都替换成 o2 时，程序 P 的行为没有发生变化，那么类型 T2 是类型 T1 的子类型。
定义看上去还是比较抽象，我们重新理解一下，可以理解为一个软件实体如果适用一个 父类的话，那一定是适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象，子类对象能够替换父类对象，而程序逻辑不变。根据这个理解，我们总结一下:
引申含义：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。
- 子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。
- 子类中可以增加自己特有的方法。
- 当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件(即方法的输入/入参)要比父类 方法的输入参数更宽松。
- 当子类的方法实现父类的方法时(重写/重载或实现抽象方法)，方法的后置条件(即 方法的输出/返回值)要比父类更严格或相等。
示例
在前面讲开闭原则的时候埋下了一个伏笔，我们记得在获取折后时重写覆盖了父类的 getPrice()方法，增加了一个获取原价格的方法 getOriginPrice()，显然就违背了里氏替换 原则。我们修改一下代码，不应该覆盖 getPrice()方法，增加 getDiscountPrice()方法:
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-25 上午10:36
*/
public class NovelDiscountBook extends NovelBook {
public NovelDiscountBook(String name, int price, String author) {
super(name, price, author);
}
public double getDiscountPrice(){
return super.getPrice() * 0.85;
}
}
使用里氏替换原则有以下优点:
- 约束继承泛滥，开闭原则的一种体现。
- 加强程序的健壮性，同时变更时也可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、扩 展性。降低需求变更时引入的风险。
现在来描述一个经典的业务场景，用正方形、矩形和四边形的关系说明里氏替换原则， 我们都知道正方形是一个特殊的长方形，那么就可以创建一个长方形父类 Rectangle 类:
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-26 上午9:59
*/
public class Rectangle {
private long height;
private long width;
public long getHeight() {
return height;
}
public void setHeight(long height) {
this.height = height;
}
public long getWidth() {
return width;
}
public void setWidth(long width) {
this.width = width;
}
}
创建正方形 Square 类继承长方形:
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-26 上午10:01
*/
public class Square extends Rectangle {
private long length;
public long getLength() {
return length;
}
public void setLength(long length) {
this.length = length;
}
@Override
public long getHeight() {
return super.getHeight();
}
@Override
public void setHeight(long height) {
super.setHeight(height);
}
@Override
public long getWidth() {
return super.getWidth();
}
@Override
public void setWidth(long width) {
super.setWidth(width);
}
}
在测试类中创建 resize()方法，根据逻辑长方形的宽应该大于等于高，我们让高一直自增， 知道高等于宽变成正方形:
public static void resize(Rectangle rectangle) {
while (rectangle.getWidth() >= rectangle.getHeight()) {
rectangle.setHeight(rectangle.getHeight() + 1);
System.out.println("width:" + rectangle.getWidth() + ",height:" + rectangle.getHeight());
}
System.out.println("resize 方法结束" +
"\nwidth:" + rectangle.getWidth() + ",height:" + rectangle.getHeight());
}
测试代码:
public static void main(String[] args) {
Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangle.setWidth(20);
rectangle.setHeight(10);
resize(rectangle);
}
运行结果:
发现高比宽还大了，在长方形中是一种非常正常的情况。现在我们再来看下面的代码， 把长方形 Rectangle 替换成它的子类正方形 Square，修改测试代码:
public static void main(String[] args) {
Square square = new Square();
square.setLength(10);
resize(square);
}
这时候我们运行的时候就出现了死循环，违背了里氏替换原则，将父类替换为子类后， 程序运行结果没有达到预期。因此，我们的代码设计是存在一定风险的。里氏替换原则 只存在父类与子类之间，约束继承泛滥。我们再来创建一个基于长方形与正方形共同的 抽象四边形 Quadrangle 接口:
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-26 上午10:12
*/
public interface Quadrangle {
long getWidth();
long getHeight();
}
修改长方形 Rectangle 类:
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-26 上午9:59
*/
public class Rectangle implements Quadrangle {
private long height;
private long width;
@Override
public long getWidth() {
return width;
}
public long getHeight() {
return height;
}
public void setHeight(long height) {
this.height = height;
}
public void setWidth(long width) {
this.width = width;
}
}
修改正方形类 Square 类:
/**
* @author eamon.zhang
* @date 2019-09-26 上午10:01
*/
public class Square implements Quadrangle {
private long length;
public long getLength() {
return length;
}
public void setLength(long length) {
this.length = length;
}
@Override
public long getWidth() {
return length;
}
@Override
public long getHeight() {
return length;
}
}
此时，如果我们把 resize()方法的参数换成四边形 Quadrangle 类，方法内部就会报错。
因为正方形 Square 已经没有了 setWidth()和 setHeight()方法了。因此，为了约束继承 泛滥，resize()的方法参数只能用 Rectangle 长方形。当然，我们在后面的设计模式系列文章中 中还会继续深入讲解。