架构师备战(三)-软件工程(十一) 系统设计之面向对象设计原则

我们知道需求规格说明书(SRS)落地之后, 就要开始着手系统设计了，看一下这个系统该如何来设计，并且如何实现。学习系统设计之前，需要先了解系统设计有哪些分类。

系统设计的分类如下

• 界面设计
• 结构化设计
• 面向对象设计（最重要）

1、界面设计

界面设计也叫做人机界面设计，属于系统与用户交互的纽带。而人机界面设计在架构师考试中相对来说考得比较浅，我们了解一下人机界面设计得一些理念即可。

• 置于用户控制之下
• 以不强迫用户进入不必要的或不希望的动作的方式来定义交互方式
• 简单来说，就是用户点了什么，预期的结果就是什么
• 有些网站有那种您需要点多次才能进去的情况，第一次始终进的是广告，第二次才能看到对应的资源。这就违反了这个原则，从而让用户强制进广告让网站盈利。
• 提供灵活的交互
• 允许用户交互可以被中断或者撤销
• 不然某个操作非常耗时，不小心点错了，但是不能中断，那就是用户体验不好。
• 当技能级别增加时可以使交互流水化并允许定制交互
• 使用户隔离内部技术细节
• 用户不需要了解你用了哪些技术，关注的只是能不能快速使用，所以要对用户隔离技术细节，直接上手操作即可。
• 设计应允许用户和出现在屏幕上的对象直接交互
• 减少用户得记忆负担
• 减少对短期记忆的要求
• 不可能使用你的系统，还得先看一下帮助文档，那就是用户体验不好
• 建立有意义的缺省
• 某些东西不需要用户填，设置默认值可以让用户少填一点
• 定义直觉性的捷径
• 定义某些公用的符号 比如放大镜图标就是放大的意思，×符号就是关闭的意思等。
• 以不断进展的方式揭示信息
• 保持界面的一致性
• 允许用户将当前任务放入有意义的语境
• 在应用系列内保持一致性
• 如过去的交互模型已建立起了用户期望，除非有迫不得已的理由，不哟啊改变它。

人机界面上设计考察的深度不是很深，了解到这里就可以了。

2、结构化设计

结构化设计分为概要设计和详细设计（一般已经被面向对象设计取代了）。

概要设计：对应的是模块的划分，模块接口的设计。对应后面的集成测试（把各个模块集合起来测接口）。

详细设计：是基于概要设计已经把很多东西分成小的块，也就是分成了对应的函数了，对函数内部进行具体流程的设计或算法的设计就叫做详细设计。一般针对的是模块内。

详细设计的基本思想

• 抽象化
• 自顶向下，逐步求精
• 因为是结构化的，也就是面向过程，所以是自顶向下设计
• 信息隐蔽
• 同样是需要去调用接口，而不是直接操作实现类
• 模块独立（高内聚、低耦合）

高内聚（内聚程度从上到下逐渐降低）

• 功能内聚（内聚程度最高）
• 完成一个单一功能，各个部分协同工作，缺一不可。对应单一职责原则，就是一个类实现的功能月单一越好，否则会指责过重，啥都要它做。
• 顺序内聚
• 处理袁术相关，而且必须顺序执行
• 通信内聚
• 所有处理元素集中在一个数据结构的区域上
• 过程内聚
• 处理元素相关，而且必须按也顶的次序执行
• 瞬时内聚(时间内聚)
• 所包含的任务必须在同一时间间隔内执行
• 逻辑内聚
• 完成逻辑上相关的一组任务
• 偶然内聚（巧合内聚）
• 完成一组没有关系或松散关系的任务

低耦合（耦合程度从上到下逐渐升高）

• 非直接耦合
• 两个模块直接没有直接关系，它们之间的联系完全是通过主模块的控制和调用来实现的
• 数据耦合
• 一组模块借助参数表传递简单数据
• 标记耦合
• 一组模块通过参数传递记录信息（数据结构）
• 控制耦合
• 模块之间传递的信息中包含了控制模块内部逻辑的信息
• 外部耦合
• 一组模块都访问同一全局变量，而且不是通过参数传递该全局变量的信息
• 公共耦合
• 多个模块都访问一个公共数据环境
• 内部耦合
• 一个哦快直接访问宁一个模块的内部数据，一个模块不通过正常入口转到另一个魔魁啊内部。两个模块有一部分代码重叠，一个模块多个入口。

高内聚，低耦合，意思就是内聚程度越高越好，耦合程度越低越好。

结构化设计的基本原则

• 保持模块的大小适中
• 这个适中的尺度不好确认，也就是说模块的职责不能过重
• 尽可能减少调用的深度
• 调用深度过深会导致栈内存占用较多，一般不超过七层，递归除外
• 多扇入，少扇出
• 模块的独立性很好，多扇入表示调用该模块的应用比较多。少扇出表示本模块调用其他模块较少，意味着该模块功能比较独立，不依赖其他模块，依赖多了就是高耦合了
• 单入口，单出口
• 不容易出错，入口出口都单一
• 模块的作用域应该在模块之内
• 尽量使用局部变量，作用域就可控。全局变量可能其他模块也会修改
• 功能应该是可以预测的

结构化设计这些知识了解就行，不用深究。

3、面向对象设计（重要）

3.1、设计原则

• 单一职责原则
• 设计目的单一的类
• 也就是设计类时，它只做自己该做的时，不要在类里面设计太多的东西，从而达到高内聚，低耦合
• 开放-封闭原则
• 对扩展开发，对修改关闭
• 比如我们新增或修改一个功能时，我们最好新增一个类来操作，把逻辑都写在新的类里面，然后再原来要修改的地方，直接调用这个类的方法。这样就较少了代码的修改，从而减少了出现错误的风险。
• 再比如：我们设计的时候用接口设计，接口分别有多找那个实现，我们要新增一种实现，就新增一个接口实现类就可以了，然后使用SPI切换一个接口的具体实现。这就是对扩展开放，对修改关闭（尽量的减少直接修改代码）
• 里氏(Liskov)替换原则
• 子类可以替换父类
• 子类继承了父类的所有特性，父类出现的地方可以使用子类替换它。
• 依赖倒置原则
• 要依赖于抽象，而不是具体实现。针对接口编成，不要针对实现编程。
• 为什么针对接口编程就变成了依赖倒置原则呢
• 因为原本是依赖实现类，现在依赖的是实现类的接口。以前是A->B，A->C， B->D, C->E这种上层调用下层，如果下层的方法改变了，那么上层得跟着改变，特麻烦。面向对象就在上层定义接口，让下层去实现上层的接口。就变成了下层依赖于上层的接口，这样看依赖关系就倒置了。
• 接口隔离原则
• 使用多个专用接口比使用单一的总接口要好
• 组合重用原则
• 要尽量使用组合，而不是集成关系达到重用目的。
• 继承是一种紧耦合，而我们不希望紧耦合。不然会导致父类修改了什么，所有的子类都需要改。
• 迪米特（Demter）原则（最少知识原则）
• 一个对象应当对其他对象尽可能少的了解
• 说白了，就是使用private这类关键字，将自己对象的属性封装起来，避免被其他类非法修改。只能通过统一的setter或者getter来进行操作。

3.2、设计模式的概念

什么是模式？

模式通俗来讲就是套路，比如武侠小说跳悬崖之后必有奇遇，这就是一套套路，也是一种模式。

很多时候我们会有一些模式化的东西，却解决一些现有的问题，是一种很不错的策略，这就是设计模式。

设计模式的概念

• 架构模式（高层次）
• 软件设计中的高层决策，例如C/S结构就属于架构哦是，架构模式反映了开发软件系统过程中所作的基本设计决策。
• 设计模式（中层次）
• 主要关注软件系统的设计，与具体的实现语言无关
• 惯用法（低层次）
• 最低层次的模式，关注软件系统的设计与实现，实现时通过某种特定的程序设计语言来描述构建与构建之间的关系。每种编程语言都有它自己特定的模式，即语言的惯用法。例如引用-计数就是C++语言中的一种惯用法。

惯用法和设计模式最大的区别就是是否跟计算机语言相关。

4、小结

从上面我们说明了系统设计的一些概念，也说到了设计模式的概念，上面最重要的就是面向对象的设计原则。接下来就需要详细说明23种设计模式了，下次再写吧！加油！