面向对象五大原则之二： 开放封闭原则

2.3 开放封闭原则

 

2.3.1 引言

         无论如何，开放封闭原则（OCP，Open Closed Principle）都是所有面向对象原则的核心。软件设计本身所追求的目标就是封装变化、降低耦合，而开放封闭原则正是对这一目标的最直接体现。其他的设计原则，很多时候是为实现这一目标服务的，例如以Liskov替换原则实现最佳的、正确的继承层次，就能保证不会违反开放封闭原则。

2.3.2 引经据典

         关于开发封闭原则，其核心的思想是：

         软件实体应该是可扩展，而不可修改的。也就是说，对扩展是开放的，而对修改是封闭的。

         因此，开放封闭原则主要体现在两个方面：

         对扩展开放，意味着有新的需求或变化时，可以对现有代码进行扩展，以适应新的情况。

         对修改封闭，意味着类一旦设计完成，就可以独立完成其工作，而不要对类进行任何修改。

         “需求总是变化”、“世界上没有一个软件是不变的”，这些言论是对软件需求最经典的表白。从中透射出一个关键的意思就是，对于软件设计者来说，必须在不需要对原有的系统进行修改的情况下，实现灵活的系统扩展。而如何能做到这一点呢？

         只有依赖于抽象。实现开放封闭的核心思想就是对抽象编程，而不对具体编程，因为抽象相对稳定。让类依赖于固定的抽象，所以对修改就是封闭的；而通过面向对象的继承和对多态机制，可以实现对抽象体的继承，通过覆写其方法来改变固有行为，实现新的扩展方法，所以对于扩展就是开放的。这是实施开放封闭原则的基本思路，同时这种机制是建立在两个基本的设计原则的基础上，这就是Liskov替换原则和合成/聚合复用原则。关于这两个原则，我们在本书的其他部分都有相应的论述，在应用反思部分将有深入的讨论。

         对于违反这一原则的类，必须进行重构来改善，常用于实现的设计模式主要有Template Method模式和Strategy模式。而封装变化，是实现这一原则的重要手段，将经常发生变化的状态封装为一个类。

2.3.3 应用反思

         站在银行窗口焦急等待的用户，在长长的队伍面前显得无奈。所以，将这种无奈迁怒到银行的头上是理所当然的，因为银行业务的管理显然有不当之处。银行的业务人员面对蜂拥而至的客户需求，在排队等待的人们并非只有一种需求，有人存款、有人转账，也有人申购基金，繁忙的业务员来回在不同的需求中穿梭，手忙脚乱的寻找各种处理单据，电脑系统的功能模块也在不同的需求要求下来回切换，这就是一个发生在银行窗口内外的无奈场景。而我每次面对统一排队的叫号系统时，都为前面长长的等待人群而叫苦，从梳理银行业务员的职责来看，在管理上他们负责的业务过于繁多，将其对应为软件设计来实现，你可以将这种拙劣的设计表示如图2-3所示。

 

按照上述设计的思路，银行业务员要处理的工作，是以这种方式被实现的：

 class BusyBankStaff
    {
        private BankProcess bankProc = new BankProcess();
        // 定义银行员工的业务操作
        public void HandleProcess(Client client)
        {
            switch (client.ClientType)
            {
                case "存款用户":
                    bankProc.Deposit();
                    break;
                case "转账用户":
                    bankProc.Transfer();
                    break;
                case "取款户":
                    bankProc.DrawMoney();
                    break;
            }
        }
}

  这种设计和实际中的银行业务及其相似，每个BusyBankStaff（“繁忙的”业务员）接受不同的客户要求，一阵手忙脚乱的选择处理不同的操作流程，就像示例代码中的实现的Switch规则，这种被动式的选择造成了大量的时间浪费，而且容易在不同的流程中发生错误。同时，更为严重的是，再有新的业务增加时，你必须修改BankProcess中的业务方法，同时修改Switch增加新的业务，这种方式显然破坏了原有的格局，以设计原则的术语来说就是：对修改是开放的。

以这种设计来应对不断变化的银行业务，工作人员只能变成BusyBankStaff了。分析这种僵化的代码，至少有以下几点值得关注：银行业务封装在一个类中，违反单一职责原则；有新的业务需求发生时，必须通过修改现有代码来实现，违反了开放封闭原则。

解决上述麻烦的唯一办法是应用开放封闭原则：对扩展开放，对修改封闭。我们回到银行业务上看：为什么这些业务不能做以适应的调整呢？每个业务员不必周旋在各种业务选项中，将存款、取款、转账、外汇等不同的业务分窗口进行，每个业务员快乐地专注于一件或几件相关业务，就会轻松许多。综合应用单一职责原则来梳理银行业务处理流程，将职责进行有效的分离；而这样仍然没有解决业务自动处理的问题，你还是可以闻到僵化的坏味道在系统中弥漫。

应用开发封闭原则，可以给我们更多的收获，首先将银行系统中最可能扩展的部分隔离出来，形成统一的接口处理，在银行系统中最可能扩展的因素就是业务功能的增加或变更。对于业务流程应该将其作为可扩展的部分来实现，当有新的功能增加时，不需重新梳理已经形成的业务接口，然后再整个系统要进行大的处理动作，那么怎么才能更好的实现耦合度和灵活性兼有的双重机制呢？

答案就是抽象。将业务功能抽象为接口，当业务员依赖于固定的抽象时，对于修改就是封闭的；而通过继承和多态机制，从抽象体派生出新的扩展实现，就是对扩展的开放。

依据开放封闭原则，进行重构，新的设计思路如图2-4所示。

图2-4 面向抽象的设计

按照上述设计实现，用细节表示为：

interface IBankProcess
    {
        void Process();
}

 

然后在隔离的接口上，对功能进行扩展，例如改造单一职责的示例将有如下的实现：

// 按银行按业务进行分类

 class DepositProcess : IBankProcess
    {
        IBankProcess Members#region IBankProcess Members

        public void Process()
        {
            // 办理存款业务
            throw new Exception("The method or operation is not implemented.");
        }

        #endregion
 }

    class TransferProcess : IBankProcess
    {
        IBankProcess Members#region IBankProcess Members

        public void Process()
        {
            // 办理转账业务
            throw new Exception("The method or operation is not implemented.");
        }

        #endregion
 }

    class DrawMoneyProcess : IBankProcess
    {
        IBankProcess Members#region IBankProcess Members

        public void Process()
        {
            // 办理取款业务
            throw new Exception("The method or operation is not implemented.");
        }

        #endregion
 }

  这种思路的转换，会让复杂的问题变得简单明了，使系统各负其责，人人实惠。有了上述的重构，银行工作人员彻底变成一个EasyBankStaff（“轻松”的组织者）：

class EasyBankStaff
    {
        private IBankProcess bankProc = null;

        public void HandleProcess(Client client)
        {
            bankProc = client.CreateProcess();
            bankProc.Process();
        }
 }

 

银行业务可以像这样被自动地实现了：

class BankProcess
    {
        public static void Main()
        {
            EasyBankStaff bankStaff = new EasyBankStaff();
            bankStaff.HandleProcess(new Client("转账用户"));
        }
 }

 

你看，现在一切都变得轻松自在，匆忙中办理业务的人们不会在长长的队伍面前一筹莫展，而业务员也从繁琐复杂的劳动中解脱出来。当有新的业务增加时，银行经理不必为重新组织业务流程而担忧，你只需为新增的业务实现IBankProcess接口，系统的其他部分将丝毫不受影响，办理新业务的客户会很容易找到受理新增业务的窗口，如图2-5所示。

 

图2-5 符合OCP的设计

对应的实现为：

class FundProcess : IBankProcess
    {
        IBankProcess Members#region IBankProcess Members

        public void Process()
        {
            // 办理基金业务
            throw new Exception("The method or operation is not implemented.");
        }

        #endregion
}

 

可见，新的设计遵守了开放封闭原则，在需求增加时只需要向系统中加入新的功能实现类，而原有的一切保持封闭不变的状态，这就是基于抽象机制而实现的开放封闭式设计。

然而，细心观察上述实现你会发现一个非常致命的问题：人们是如何找到其想要处理的业务窗口，难道银行还得需要一部分人力来进行疏导？然而确实如此，至少当前的设计必须如此，所以上述实现并非真正的业务处理面貌，实际上当前“轻松”的银行业务员，还并非真正的“轻松”，我们忽略了这个业务系统中最重要的一部分，就是用户。当前，用户的定义被实现为：

class Client
    {
        private string ClientType;

        public Client(string clientType)
        {
            ClientType = clientType;
        }

        public IBankProcess CreateProcess()
        {
            switch (ClientType)
            {
                case "存款用户":
                    return new DepositProcess();
                    break;
                case "转账用户":
                    return new TransferProcess();
                    break;
                case "取款用户":
                    return new DrawMoneyProcess();
                    break;
            }
            return null;
        }
    }

 

如果出现新增加的业务，你还必须在长长的分支语句中加入新的处理选项，switch的坏味道依然让每个人看起来都倒胃口，银行业务还是以牺牲客户的选择为代价，难道不能提供一个自发组织客户寻找业务窗口的机制吗？

我们把答案放在下一节2.4节“依赖倒置原则”，其中的设计原则就是用于解决上述问题的。我们对于银行业务的讨论，还会继续进行。

2.3.4 规则建议

l  开放封闭原则，是最为重要的设计原则，Liskov替换原则和合成/聚合复用原则为开放封闭原则的实现提供保证。

l  可以通过Template Method模式和Strategy模式进行重构，实现对修改封闭、对扩展开放的设计思路。

l  封装变化，是实现开放封闭原则的重要手段，对于经常发生变化的状态一般将其封装为一个抽象，例如银行业务中的IBankProcess接口。

l  拒绝滥用抽象，只将经常变化的部分进行抽象，这种经验可以从设计模式的学习与应用中获得。