鄭朝霞

摘要：在使用Java語(yǔ)言開發(fā)軟件過(guò)程中，好的軟件產(chǎn)品必須具有可擴(kuò)展性好、可維護(hù)性及可復(fù)用性，也就是軟件系統(tǒng)要符合開閉原則的。該文討論了在軟件開發(fā)中如何引入接口來(lái)實(shí)現(xiàn)多態(tài)，從而使軟件系統(tǒng)滿足開閉原則。

關(guān)鍵詞：開閉原則；Java語(yǔ)言；多態(tài)性

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）30-0262-03

1 背景

在學(xué)習(xí)JAVA程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)看到這樣的話語(yǔ)：正是由于接口和抽象類的存在才賦予java強(qiáng)大的面向?qū)ο蟮哪芰?。但?duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，要理解抽象類和接口的語(yǔ)法很容易，要理解抽象類和接口的本質(zhì)作用卻比較難。如果我們結(jié)合面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模式中的開閉原則來(lái)理解接口和抽象類的作用，則會(huì)比較透徹、容易理解。1988年，Bertrand Meyer在他的著作《Object Oriented Software Construction》

中提出了開閉原則（OCP，Open-Closed Principle），開閉原則的描述比較簡(jiǎn)單，具體如下：Software entities （classes， modules， functions， etc.） should be open for extension but closed for modification.軟件實(shí)體（類，模塊，方法等等）應(yīng)當(dāng)對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉。其中open for extension（對(duì)擴(kuò)展開放）指的是當(dāng)出現(xiàn)新需求的時(shí)候，可以通過(guò)擴(kuò)展現(xiàn)有軟件實(shí)體達(dá)到目的。開閉原則中“open”，是指軟件組件功能的擴(kuò)展是開放的，允許對(duì)其進(jìn)行功能擴(kuò)展。”Close for modification”（對(duì)修改關(guān)閉）指的是不允許對(duì)該實(shí)體做任何修改，“close”是指對(duì)于原有代碼的修改是封閉的，即不應(yīng)該修改原有的代碼。也就是說(shuō)，需要執(zhí)行多樣行為的軟件實(shí)體應(yīng)該設(shè)計(jì)成不需要修改就可以實(shí)現(xiàn)各種需求的變化，堅(jiān)持開閉原則可以大大減輕軟件項(xiàng)目維護(hù)的工作量。

開閉原則的核心就是：軟件實(shí)體應(yīng)當(dāng)對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉。

實(shí)現(xiàn)開閉原則的關(guān)鍵就在于“抽象”，而不是基于“實(shí)現(xiàn)”來(lái)編程。下面我們來(lái)看看一個(gè)基于“實(shí)現(xiàn)”編程的例子。

假如我們要實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)需求：爸爸喝綠茶。通過(guò)這個(gè)需求，我們分析其中包含兩個(gè)類：爸爸類和綠茶類。兩個(gè)類之間的關(guān)系如下：

用JAVA語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的代碼如下：

public class GreenTea {

private String color；

private String teaName；

public String getColor（） {

return color；

}

public void setColor（String color） {

this.color = color；

}

public String getTeaName（） {

return teaName；

}

public void setTeaName（String teaName） {

this.teaName = teaName；

}

public String use（） {

return "綠茶是未經(jīng)發(fā)酵制成的茶，因此較多地保留了鮮葉的天然物質(zhì).沖泡綠茶時(shí)，水溫控制在80℃～90℃左右..."；

}

}

class Daddy {

public void drink（GreenTea gTea） {

System.out.println（"爸爸喜歡喝" +gTea.getName（））；

System.out.println（gTea.use（））；

}

}

public class DrinkTest {

public static void main（String[] args） {

Daddy dad = new Daddy（）；

GreenTea gt = new GreenTea（）；

gt.setName（“綠茶”）；

gt.setColor（“紅茶”）；

System.out.println（“我是”+gt.getName（）+”，顏色為：”+gt.getColor）；

dad.drink（gt）；

}

}

在上述代碼中，我們可以看到，這是基于實(shí)現(xiàn)來(lái)進(jìn)行的編程，Daddy類是進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理的，屬于高層模塊，GreenTea類是低層模塊，負(fù)責(zé)基本的原子操作。在這段代碼中，Daddy類依賴GreenTea類，也就是高層模塊依賴低層模塊，我們看看會(huì)帶來(lái)什么樣的問題。

在實(shí)際的軟件開發(fā)中，需求總是在發(fā)生變化，假如需求變成這樣：爸爸因?yàn)槲覆缓?，改喝紅茶了。紅茶的代碼如下：

class BlackTea {

public String use（） {

return "紅茶是一種發(fā)酵而成的茶，其沖泡方法更是豐富多彩，玻璃杯沖泡法、瓷杯沖泡法......"；

}

}

現(xiàn)在我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，必須要修改負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯處理的Daddy類，爸爸才能喝紅茶，如果爸爸的需求不斷發(fā)生變化，我們就得不斷的修改Daddy類，很顯然上述代碼不符合開閉原則。

而在實(shí)際的軟件開發(fā)中，修改業(yè)務(wù)邏輯處理的高層模塊將會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，引入錯(cuò)誤，對(duì)于后期的軟件開發(fā)和維護(hù)帶來(lái)很多的問題。

我們必須修改設(shè)計(jì)，讓它符合開閉原則。

2 開閉原則的應(yīng)用

上述代碼顯然不符合開閉原則，因?yàn)檫M(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理的Daddy類和GreenTea類的耦合度太高，需要降低它們之間的耦合度！那么如何才能降低耦合度。

解決該問題的最關(guān)鍵因素在于抽象化，在編輯語(yǔ)言當(dāng)中，系統(tǒng)可以將抽象設(shè)計(jì)定義為較為固定的設(shè)計(jì)方式，利用Java語(yǔ)言，可以定義多個(gè)接口?？梢詳U(kuò)展實(shí)現(xiàn)類，而抽象層都不會(huì)改變，這就進(jìn)一步使得開閉原則的第二條得到滿足，對(duì)修改進(jìn)行關(guān)閉。此外，系統(tǒng)的行為可以通過(guò)從抽象層導(dǎo)出多個(gè)新的實(shí)現(xiàn)類而改變。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)是開放的，這與開閉原則的第一條存在著高度的一致性。

在這里我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)三層的結(jié)構(gòu)，通過(guò)引入接口和抽象類來(lái)實(shí)現(xiàn)開閉原則。第一層是接口ITea，定義了一個(gè)use（）方法；第二層是抽象類Tea，實(shí)現(xiàn)了ITea接口；第三層是具體的實(shí)現(xiàn)類，可以擴(kuò)展很多個(gè)。

接口ITea只定義子類應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的方法use（），而沒有實(shí)現(xiàn)公有的功能。在ITea接口中只有一個(gè)方法use（），專門進(jìn)行茶的處理， 由所有的實(shí)現(xiàn)類實(shí)現(xiàn)該方法。同時(shí) ITea作為接口應(yīng)該是穩(wěn)定且可靠的，不應(yīng)該經(jīng)常發(fā)生變化，否則接口做為契約的作用就失去了效能。

引入了抽象類Abstrac class Tea，實(shí)現(xiàn)了公有的功能setColor（）、getColor（）、setName（）、getName，但并沒有實(shí)現(xiàn)use（）方法，use（）針對(duì)抽象茶類進(jìn)行編程，由具體的實(shí)現(xiàn)類分別去實(shí)現(xiàn)各自的use（）方法。并通過(guò)構(gòu)造方法由客戶端來(lái)設(shè)置實(shí)例化的具體茶對(duì)象。如果需要增加一種新的茶，如咖啡Coffee，只需要將Coffee也作為Tea的子類，無(wú)須修改現(xiàn)有類庫(kù)的源代碼。

現(xiàn)階段在大部分的軟件在開發(fā)的過(guò)程當(dāng)中，都定義了實(shí)現(xiàn)類的接口，通過(guò)這種接口的定義，只需要改變一個(gè)實(shí)現(xiàn)類就可以實(shí)現(xiàn)所有實(shí)體的轉(zhuǎn)變。

通過(guò)引入接口和抽象類，就可以讓負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯處理的Daddy類依賴抽象類Tea，而不是依賴實(shí)現(xiàn)類GreenTea類、BlackTea類。也就是高層模塊應(yīng)該依賴抽象，而不是具體的實(shí)現(xiàn)。如圖所示，各子類由接口類定義了接口方法，只需要在不同的子類中編寫不同的實(shí)現(xiàn)即可，當(dāng)然也可以擴(kuò)展自有的方法。

修改后的設(shè)計(jì)如下：

修改設(shè)計(jì)后的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

這個(gè)是接口ITea，主要定義方法use（）

public interface ITea {

public String use（）；

}

這個(gè)是抽象類Tea，抽象類Tea實(shí)現(xiàn)了接口ITea

public abstract class Tea implements ITea{

private String color；

private String teaName；

public ITea（String teaName， String color） {

this.teaName = teaName；

this.color = color；

}

public String getColor（） {

return color；

}

public void setColor（String color） {

this.color = color；

}

public String getTeaName（） {

return teaName；

}

public void setTeaName（String teaName） {

this.teaName = teaName；

}

public abstract String use（）；

}

這個(gè)是實(shí)現(xiàn)類GreenTea，繼承了抽象類Tea， 實(shí)現(xiàn)了use（）方法。我們可以擴(kuò)展很多類似的實(shí)現(xiàn)類。

public class GreenTea extends Tea {

public String use（） {

return "綠茶是未經(jīng)發(fā)酵制成的茶，因此較多地保留了鮮葉的天然物質(zhì).沖泡綠茶時(shí)，水溫控制在80℃～90℃左右..."；

}

}

擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)類紅茶類BlackTea，同樣也是繼承了抽象類Tea，實(shí)現(xiàn)了use（）方法。我們不需要修改其他的設(shè)計(jì)，只需要擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)類就可以了。

class BlackTea extends Tea {

public String use（） {

return "紅茶是一種發(fā)酵而成的茶，其沖泡方法更是豐富多彩，玻璃杯沖泡法、瓷杯沖泡法......"；

}

}

這個(gè)是業(yè)務(wù)邏輯處理類Daddy，依賴于抽象類Tea.

class Daddy {

public void drink（Tea tea） {

System.out.println（"爸爸喜歡喝"+tea.getTeaName（）+"！"）；

System.out.println（"顏色為："+tea.getColor（）+"！"）；

System.out.println（tea.use（））；

}

}

下面的代碼主要為了測(cè)試軟件的功能，是不是實(shí)現(xiàn)了開閉原則。

public class DrinkTest {

public static void main（String[] args） {

Daddy dad = new Daddy（）；

GreenTea gt = new GreenTea（“綠茶”，”綠色”）；

BlackTea bt = new BlackTea（“紅茶”，”褐色”）；

dad.drink（gt）；

dad.drink（bt）；

}

}

上面的程序是利用Java語(yǔ)言的多態(tài)性來(lái)實(shí)現(xiàn)的軟件開閉原則。多態(tài)性是指程序中定義的父類引用變量所指向的對(duì)象和該引用變量所進(jìn)行的方法調(diào)用在代碼編寫時(shí)并不確定，該引用變量所指向的對(duì)象往往都是在程序運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中才決定的，以及該變量的調(diào)用究竟是在哪個(gè)子類當(dāng)中所實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)這也必須是要在程序運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中才可以實(shí)現(xiàn)的。這是由于具體的子類是在程序運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中才被決定下來(lái)的，通過(guò)這種方式，源代碼并不需要 經(jīng)過(guò)修改就可以被直接實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中調(diào)用的具體方法也會(huì)隨著被改變，同時(shí)程序在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中所綁定的代碼也會(huì)被隨著改變，同時(shí)該程序也可以以多個(gè)狀態(tài)運(yùn)行，這就是所謂的多態(tài)性，正是因?yàn)榫哂卸鄳B(tài)性才導(dǎo)致軟件具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性與靈活性。

在Daddy類中，drink（Tea tea）中父類類型（Tea）的引用將指向子類的對(duì)象（GreenTea、BlackTea等等），在程序運(yùn)行的過(guò)程中，根據(jù)指向的不同實(shí)現(xiàn)類，將調(diào)用不同的子類對(duì)象的use（）方法。GreenTea、BlackTea等實(shí)現(xiàn)類繼承抽象類Tea，并實(shí)現(xiàn)了Tea的use（）方法。由于GreenTea、BlackTea實(shí)現(xiàn)了use（）方法，那么父類類型的引用gt在調(diào)用該方法時(shí)將會(huì)調(diào)用子類中重寫的use（）方法。

也就是說(shuō)，如果爸爸的需求不斷發(fā)生變化，我們不需要修改進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理的Daddy類，只需要擴(kuò)展子類。如果爸想喝茉莉花茶，我們就擴(kuò)展一個(gè)JasmineTea類，增加新的子類不影響已存在類的多態(tài)性、繼承性，以及其他特性的運(yùn)行和操作。

很顯然上述代碼體現(xiàn)了JAVA語(yǔ)言的多態(tài)性，軟件設(shè)計(jì)符合開閉原則。

3 結(jié)束語(yǔ)

大多數(shù)的程序設(shè)計(jì)都需要與閉合原則存在一定的一致性，開閉原則也是對(duì)不同模塊進(jìn)行評(píng)價(jià)的基本依據(jù)，我們可以利用開閉原則來(lái)判斷系統(tǒng)的擴(kuò)展性與靈活性。

絕大部分的設(shè)計(jì)模式都必須符合開閉原則，在對(duì)每一個(gè)模式進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)時(shí)都會(huì)以開閉原則作為一個(gè)重要的評(píng)價(jià)依據(jù)，以判斷基于該模式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否具備良好的靈活性和可擴(kuò)展性。

所以，我們?cè)趯?shí)際的軟件開發(fā)中，需要通過(guò)擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的變化，而不是修改。如果一個(gè)軟件系統(tǒng)符合開閉原則的，那么從軟件工程的角度來(lái)看，它至少具有這樣的好處：可擴(kuò)展性好、可維護(hù)性好。

參考文獻(xiàn)；

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