1.何為“高內(nèi)聚、低耦合”?

“高內(nèi)聚、低耦合”能有效地提高代碼可讀性、可維護(hù)性，縮小功能改動(dòng)導(dǎo)致的代碼改動(dòng)范圍。很多設(shè)計(jì)原則也都以實(shí)現(xiàn)代碼“高內(nèi)聚、低耦合”為目的，比如：

• 單一職責(zé)原則
• 面向接口，而非面向?qū)崿F(xiàn)來(lái)編程

“高內(nèi)聚、低耦合”是個(gè)通用設(shè)計(jì)思想，可指導(dǎo)：

• 不同粒度代碼的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

如系統(tǒng)、模塊、類(lèi)，甚至函數(shù)

• 不同開(kāi)發(fā)場(chǎng)景
• 如微服務(wù)、框架、組件、類(lèi)庫(kù)等

本文主要圍繞以“類(lèi)”作為該設(shè)計(jì)思想的應(yīng)用對(duì)象。

• “高內(nèi)聚”，指導(dǎo)類(lèi)本身的設(shè)計(jì)
• “低耦合”，指導(dǎo)類(lèi)與類(lèi)之間依賴(lài)關(guān)系的設(shè)計(jì)

二者并非完全獨(dú)立，高內(nèi)聚有助于低耦合，低耦合又需要高內(nèi)聚的支持。

1.1 高內(nèi)聚

• 相近的功能，應(yīng)放到同一個(gè)類(lèi)
• 不相近的功能，不要放到同一個(gè)類(lèi)

相近的功能往往會(huì)被同時(shí)修改，放到同一類(lèi)中，修改會(huì)比較集中，代碼易維護(hù)。單一職責(zé)原則就是實(shí)現(xiàn)代碼高內(nèi)聚非常有效的設(shè)計(jì)原則。

1.2 低耦合

在代碼中，類(lèi)與類(lèi)之間的依賴(lài)關(guān)系簡(jiǎn)單清晰。

即使兩個(gè)類(lèi)有依賴(lài)關(guān)系，一個(gè)類(lèi)的代碼改動(dòng)不會(huì)或很少會(huì)導(dǎo)致依賴(lài)類(lèi)的代碼改動(dòng)。依賴(lài)注入、接口隔離、面向接口編程及迪米特法則都是為實(shí)現(xiàn)低耦合。

1.3 “內(nèi)聚”和“耦合”的關(guān)系

左邊代碼結(jié)構(gòu)是“高內(nèi)聚、低耦合”;右邊“低內(nèi)聚、緊耦合”：

左邊的代碼設(shè)計(jì)：

類(lèi)的粒度較小，每個(gè)類(lèi)的職責(zé)都比較單一。相近功能都放到了一個(gè)類(lèi)，不相近功能分割到多個(gè)類(lèi)。這樣類(lèi)更加獨(dú)立，代碼內(nèi)聚性更好。

因?yàn)槁氊?zé)單一，所以每個(gè)類(lèi)被依賴(lài)的類(lèi)就會(huì)比較少，代碼低耦合。一個(gè)類(lèi)的修改，只會(huì)影響到一個(gè)依賴(lài)類(lèi)的代碼改動(dòng)。只需要測(cè)試這一個(gè)依賴(lài)類(lèi)是否還能正常工作即可。

右邊代碼設(shè)計(jì)：

類(lèi)粒度比較大，低內(nèi)聚，功能大而全，不相近的功能放到了一個(gè)類(lèi)中。導(dǎo)致很多其他類(lèi)都依賴(lài)該類(lèi)。修改這個(gè)類(lèi)的某功能代碼時(shí)，會(huì)影響依賴(lài)它的多個(gè)類(lèi)。我們需要測(cè)試這三個(gè)依賴(lài)類(lèi)，是否還能正常工作，“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。

2.迪米特法則

Law of Demeter，LOD，從名字看不出這是個(gè)啥。它還有另外一個(gè)名字：最小知識(shí)原則。

The Least Knowledge Principle：Each unit should have only limited knowledge about other units: only units “closely” related to the current unit. Or: Each unit should only talk to its friends; Don’t talk to strangers.

每個(gè)模塊都只應(yīng)該了解那些與它關(guān)系密切的模塊(units: only units “closely” related to the current unit)的有限知識(shí)(knowledge)?；蛘哒f(shuō)，每個(gè)模塊只和自己的朋友“說(shuō)話(huà)”(talk)，不和陌生人“說(shuō)話(huà)”(tal?k)。

結(jié)合實(shí)際，定義描述中的“模塊”替換成“類(lèi)”：

• 不該有直接依賴(lài)關(guān)系的類(lèi)之間，不要有依賴(lài)
• 有依賴(lài)關(guān)系的類(lèi)之間，盡量只依賴(lài)必要的接口(“有限知識(shí)”)

所以，迪米特法則其實(shí)包含兩部分，下面用兩個(gè)案例分別解讀。

3.案例

3.1 不該有直接依賴(lài)關(guān)系的類(lèi)之間，不要有依賴(lài)

簡(jiǎn)化的搜索引擎爬取網(wǎng)頁(yè)，包含如下主要類(lèi)：

NetworkTransporter，負(fù)責(zé)底層網(wǎng)絡(luò)通信，根據(jù)請(qǐng)求獲取數(shù)據(jù)：

HtmlDownloader，通過(guò)URL獲取網(wǎng)頁(yè)：

Document，表示網(wǎng)頁(yè)文檔，后續(xù)的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容抽取、分詞、索引都是以此為處理對(duì)象：

如何重構(gòu)?

這段代碼雖然“能用”，但不夠“好用”。

NetworkTransporter，作為一個(gè)底層網(wǎng)絡(luò)通信類(lèi)，應(yīng)該盡可能通用，而不是只能下載HTML。所以，不應(yīng)該直接依賴(lài)太具體的發(fā)送對(duì)象HtmlRequest，其設(shè)計(jì)違背迪米特法則，依賴(lài)了不該有直接依賴(lài)關(guān)系的HtmlRequest類(lèi)。

假如你現(xiàn)在要去買(mǎi)東西，你肯定不會(huì)直接把錢(qián)包給收銀員，讓收銀員自己從里面拿錢(qián)，而是你從錢(qián)包里把錢(qián)拿出來(lái)交給收銀員。HtmlRequest對(duì)象相當(dāng)于錢(qián)包，HtmlRequest里的address和content對(duì)象就相當(dāng)于錢(qián)。

應(yīng)將address和content交給NetworkTransporter，而非直接把HtmlRequest交給NetworkTransporter：

Document的問(wèn)題：

• 構(gòu)造器中的downloader.downloadHtml()邏輯復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，不應(yīng)放到構(gòu)造器，影響代碼可測(cè)試性
• HtmlDownloader對(duì)象在構(gòu)造器通過(guò)new來(lái)創(chuàng)建，違反面向接口編程，也影響代碼可測(cè)試性
• 業(yè)務(wù)上說(shuō)，Document網(wǎng)頁(yè)文檔沒(méi)必要依賴(lài)HtmlDownloader類(lèi)，違背迪米特法則

問(wèn)題雖多，但修改簡(jiǎn)單：

3.2 有依賴(lài)關(guān)系的類(lèi)之間，盡量只依賴(lài)必要的接口。

Serialization類(lèi)負(fù)責(zé)對(duì)象的序列化和反序列化：

單看類(lèi)的設(shè)計(jì)，沒(méi)問(wèn)題。但若放到特定應(yīng)用場(chǎng)景，假設(shè)項(xiàng)目中的有些類(lèi)只用到序列化操作，而另一些類(lèi)只用到反序列化。那么，基于 有依賴(lài)關(guān)系的類(lèi)之間，盡量只依賴(lài)必要的接口：

• 只用到序列化操作的那部分類(lèi)不應(yīng)依賴(lài)反序列化接口
• 只用到反序列化操作的那部分類(lèi)不應(yīng)依賴(lài)序列化接口

據(jù)此，應(yīng)將Serialization類(lèi)

方案一：拆分為兩個(gè)更小粒度的類(lèi)

• 只負(fù)責(zé)序列化(Serializer類(lèi))
• 只負(fù)責(zé)反序列化(Deserializer類(lèi))

盡管拆分后的代碼更能滿(mǎn)足迪米特法則，但卻違背高內(nèi)聚。高內(nèi)聚要求相近功能放到同一類(lèi)中，方便功能修改時(shí)，修改的地方不太散亂。

針對(duì)本案例，若業(yè)務(wù)要求修改序列化實(shí)現(xiàn)方式，從JSON換成XML，則反序列化實(shí)現(xiàn)邏輯也要一起改。未拆分前，只需修改一個(gè)類(lèi)，拆分后，卻要修改兩個(gè)類(lèi)!

既不想違背高內(nèi)聚，也不想違背迪米特法則，怎么辦?

方案二：引入兩個(gè)接口

盡管還是要往Demo1的構(gòu)造器傳入包含序列化和反序列化的Serialization實(shí)現(xiàn)類(lèi)，但依賴(lài)的Serializable接口只包含序列化操作，Demo1無(wú)法使用Serialization類(lèi)中的反序列化接口，對(duì)反序列化操作無(wú)感知，符合迪米特法則的“依賴(lài)有限接口”。

也體現(xiàn)了“面向接口編程”，結(jié)合迪米特法則，可總結(jié)出：“基于最小接口，而非最大實(shí)現(xiàn)來(lái)編程”。

多想一點(diǎn)點(diǎn)

本案例的重構(gòu)方案，整個(gè)類(lèi)只包含序列化、反序列化倆操作，只用到序列化操作的使用者，即便能夠感知到僅有的一個(gè)反序列化方法，問(wèn)題也不大。為滿(mǎn)足迪米特法則，將一個(gè)簡(jiǎn)單的類(lèi)，拆出兩個(gè)接口，是過(guò)度設(shè)計(jì)嗎?設(shè)計(jì)原則本身無(wú)對(duì)錯(cuò)，只有能否用對(duì)之說(shuō)。不要為了用設(shè)計(jì)原則而用，應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析。

Serialization類(lèi)只包含兩個(gè)操作，確實(shí)沒(méi)啥必要拆成倆接口。但若對(duì)Serialization類(lèi)添加更多功能，實(shí)現(xiàn)更多更好用的序列化、反序列化方法，重新考慮該問(wèn)題：

這種場(chǎng)景下，方案二設(shè)計(jì)更好。因?yàn)楸景咐膽?yīng)用場(chǎng)景，大部分代碼只用到序列化功能，這些用戶(hù)無(wú)需了解反序列化，而修改后的Serialization類(lèi)，反序列化的“知識(shí)”，從一個(gè)方法變成三個(gè)。一旦任一反序列化操作有代碼改動(dòng)，都需要檢查、測(cè)試所有依賴(lài)Serialization類(lèi)的代碼是否還能正常工作。

為減少耦合和降低測(cè)試的工作量，應(yīng)按迪米特法則，隔離反序列化和序列化的功能。

4.總結(jié)

4.1 高內(nèi)聚、低耦合

能有效提高代碼的可讀性和可維護(hù)性，縮小功能改動(dòng)導(dǎo)致的代碼改動(dòng)范圍：

• 高內(nèi)聚，指導(dǎo)類(lèi)本身的設(shè)計(jì)

就是指相近的功能應(yīng)該放到同一個(gè)類(lèi)中，不相近的功能不要放到同一類(lèi)中。相近的功能往往會(huì)被同時(shí)修改，放到同一個(gè)類(lèi)中，修改會(huì)比較集中

• 低耦合，指導(dǎo)類(lèi)與類(lèi)之間依賴(lài)關(guān)系的設(shè)計(jì)

在代碼中，類(lèi)與類(lèi)之間的依賴(lài)關(guān)系簡(jiǎn)單清晰。即使兩個(gè)類(lèi)有依賴(lài)關(guān)系，一個(gè)類(lèi)的代碼改動(dòng)也不會(huì)或者很少導(dǎo)致依賴(lài)類(lèi)的代碼改動(dòng)。

4.2 迪米特法則

不該有直接依賴(lài)關(guān)系的類(lèi)之間，不要有依賴(lài);有依賴(lài)關(guān)系的類(lèi)之間，盡量只依賴(lài)必要的接口。迪米特法則希望減少類(lèi)之間的耦合，讓類(lèi)越獨(dú)立越好。每個(gè)類(lèi)都應(yīng)該少了解系統(tǒng)的其他部分。一旦發(fā)生變化，需要了解這一變化的類(lèi)就會(huì)比較少。

參考：

[1]. 《重構(gòu)》

[2]. 《代碼設(shè)計(jì)之丑》