里氏替换原则实例
- 下面通过一个简单实例来加深对里氏代换原则的理解。
实例说明
某系统需要实现对重要数据(如用户密码)的加密处理,在数据操作类(DataOperator)中需要调用加密类中定义的加密算法,系统提供了两个不同的加密类CipherA和CipherB,它们实现不同的加密方法,在 DataOperator中可以选择其中的一个实现加密操作，如图下图所示。
在DataOperator类的encrypt(O)方法中,将调用加密类CipherA 或CipherB的加密方法encrypt()。如在客户类Client的 main()函数中可能存在如下代码片段:
CipherA cipherA = new CipherA(); DataOperator do = new DataOperator(); do.setCipherA(cipherA); ...
- 与之对应,在:DataOperator类的encryptO)方法中可能存在如下代码片段:
... return cipherA.encrypt(plainText)
如果需要更换一个加密算法类或者增加并使用一个新的加密算法类,如将上述CipherA改为CipherB,则需要修改客户类Client和数据操作类DataOperator的源代码,违背了开闭原则。
现使用里氏替换原则对其进行重构,使得系统可以灵活扩展,符合开闭原则。
实例解析
在本实例中,导致系统灵活性和可扩展性差的本质原因是Client类和 DataOperator类都针对每一个具体类进行编程,每增加一个具体类都将修改源代码,此时,可以将CipherB作为CipherA的子类，Client类和 DataOperator类都针对CipherA进行编程,根据里氏代换原则,所有能够接受CipherA类对象的地方都可以接受CipherB类的对象,因此可以简化DataOperator类和Client类的代码,而且将CipherA类对象替换成CipherB类对象很方便，无须修改任何源代码。如果需要增加一个新的加密算法类,如CipherC,只须将CipherC类作为CipherA类或CipherB类的子类即可。重构后的类图如下图所示。
在上图中,由于CipherB是CipherA的子类,因此所有能够使用CipherA对象的地方都可以使用CipherB对象来替换,且可以将具体类的类名存储至配置文件中,如果需要使用CipherA 的encrypt()方法﹐则配置文件中存储的类名为CipherA,如果需要使用CipherB的encrypt()方法,则配置文件中存储的类名为CipherB。
如果需要增加一个新的加密类﹐如CipherC,则可将CipherC继承CipherA或CipherB，并覆盖其中定义的encrypt()方法,并将配置文件中存储的类名改为CipherC,所有现有类的代码无须做任何改变,完全符合开闭原则。
依赖倒转原则
- 如果说开闭原则是面向对象设计的目标的话,那么依赖倒转原则就是实现面向对象设计的主要机制。依赖倒转原则是系统抽象化的具体实现。
依赖倒转原则定义
- 高层模块不应该依赖低层模块,它们都应该依赖抽象。抽象不应该依赖于细节,细节应该依赖于抽象。
- 另一种表述:要针对接口编程,不要针对实现编程。
依赖倒转原则分析
简单来说,依赖倒转原则就是指:代码要依赖于抽象的类,而不要依赖于具体的类﹔要针对接口或抽象类编程,而不是针对具体类编程。也就是说,在程序代码中传递参数时或在组合聚合关系中,尽量引用层次高的抽象层类,即使用接口和抽象类进行变量类型声明,参数类型声明,方法返回类型声明,以及数据类型的转换等,而不要用具体类来做这些事情。为了确保该原则的应用，一个具体类应当只实现接口和抽象类中声明过的方法,而不要给出多余的方法。否则将无法调用到在子类中增加的新方法。
实现开闭原则的关键是抽象化,并且从抽象化导出具体化实现,如果说开闭原则是面向对象设计的目标的话,那么依赖倒转原则就是面向对象设计的主要手段。有了抽象层,可以使得系统具有很好的灵活性,在程序中尽量使用抽象层进行编程,而将具体类写在配置文件中,这样一来,如果系统行为发生变化,只需要扩展抽象层,并修改配置文件,而无须修改原有系统的源代码,在不修改的情况下来扩展系统的功能,满足开闭原则的要求。依赖倒转原则是COM,CORBA,EJB、Spring 等技术和框架背后的基本原则之一。
下面简单介绍一下依赖倒转原则中经常提到的两个概念，类之间的耦合和依赖注入。
1.类之间的耦合
在面向对象系统中,两个类之间通常可以发生三种不同的耦合关系(依赖关系)。
1.零耦合关系：如果两个类之间没有任何耦合关系,称为零耦合。
2.具体耦合关系：具体耦合发生在两个具体类(可实例化的类)之间,由一个类对另一个具体类实例的直接引用产生。
3.抽象耦合关系：抽象耦合关系发生在一个具体类和一个抽象类之间,也可以发生在两个抽象类之间,使两个发生关系的类之间存有最大的灵活性。由于在抽象耦合中至少有一端是抽象的,因此可以通过不同的具体实现来进行扩展。
依赖倒转原则要求客户端依赖于抽象耦合,以抽象方式耦合是依赖倒转原则的关键。
由于一个抽象耦合关系总要涉及具体类从抽象类继承,并且需要保证在任何引用到基类的地方都可以替换成其子类,因此,里氏代换原则是依赖倒转原则的基础。
2.依赖注入
- 对象与对象之间的依赖关系是可以传递的,通过传递依赖,在一个对象中可以调用另一个对象的方法,在传递时要做好抽象依赖,针对抽象层编程。简单来说,依赖注入就是将一个类的对象传入另一个类,注入时应该尽量注入父类对象,而在程序运行时再通过子类对象来覆盖父类对象。依赖注入有以下三种方式。
1.构造注入
- 构造注入是通过构造函数注入实例变量,代码如下:
public interface AbstractBook { public void view(); } public interface AbstractReader { public void read(); } public class ConcreteBook implements AbstractBook { public void view(){ ... } } public class ConcreteReader implements AbstractReader { private AbstractBook book; public ConcreteReader(AbstractBook book){ this.book = book; } public void read(){ book.view(); } }
2.设值注入
- 设值注入是通过Setter方法注入实例变量,代码如下:
public interface AbstractBook { public void view(); } public interface AbstractReader { public void setBook(AbstractBook book); public void read(); } public class ConcreteBoak implements AbstractBook { public void view(){ ... } } public class ConcreteReader implements AbstractReader { private AbstractBook book; public void setBook(AbstractBook book){ this.book = book; } public void read(){ book.view(); } }
2.接口注入
- 接口注入是通过接口方法注人实例变量,代码如下:
public interface AbstractBook { public void view(); } public interface AbstractReader { public void view(){ ... } } public class ConcretReader implements AbstractReader { public void read(AbstractBook book){ book.view(); } }
依赖倒转实例
- 下面通过一个简单实例来加深对依赖倒转原则的理解。
实例说明
某系统提供一个数据转换模块，可以将来自不同数据源的数据转换成多种格式,如可以转换来自数据库的数据(DatabaseSource),也可以转换来自文本文件的数据(TextSource),转换后的格式可以是XMI文件(XMI.Transformer),也可以是XL.S文件( XLSTransformer)等。
某设计人员设计如下原始类图，用于实现该数据转换模块，如下图所示
由于需求的变化,该系统可能需要增加新的数据源或者新的文件格式,每增加一个新的类型的数据源或者新的类型的文件格式,客户类 MainClass都需要修改源代码,以便使用新的类,违背了开闭原则。现使用依赖倒转原则对其进行重构。
实例解析
在本实例中,MainClass类针对具体类编程,如果增加新的具体类必须修改 MainClass类的源代码,系统的可扩展性和灵活性受到局限﹐因此可以对这些具体类进行抽象化,使得 MainClass类针对抽象层进行编程,而将具体类放在配置文件中,重构后的系统类图如下图所示。
在上图中,引入了两个抽象类(或接口)AbstractSource和AbstractTransformer,MainClass依赖于这两个抽象类,针对抽象类进行编程,而将具体类类名存储在配置文件config.xml中,通过XML解析技术和Java反射机制生成具体类的实例,代换 MainClass类中的抽象对象,实现真正的业务处理。在这个过程中使用了里氏代换原则,依赖倒转原则必须以里氏代换原则为基础。增加新的数据源或文件格式时，只需要增加一个AbstractSource或 AbstractTransformer类的子类,同时修改config.xml 配置文件,更换具体类类名,无须对原有类的代码进行任何修改,满足开闭原则的要求。
