04 设计原则和编程技巧

本篇是《JavaScript 设计模式与开发实践》第三部分读书笔记,主要讲解面向对象的设计原则及其在设计模式中的体现,还介绍了一些常见的面向对象编程技巧和日常开发中的代码重构。

设计原则通常指的是单一职责原则、里氏替换原则、依赖倒置原则、接口隔离原则、合成复用原则和最少知识原则。

单一职责原则

设计模式中的 SRP 原则

单一职责原则(SRP)的职责被定义为“引起变化的原因”。如果我们有两个动机去改写一个方法,那么这个方法就具有两个职责。每个职责都是变化的一个轴线,如果一个方法承担了过多的职责,那么在需求的变迁过程中,需要改写这个方法的可能性就越大。SRP 原则体现为:一个对象(方法)只做一件事情。

SRP 原则在很多设计模式中都有着广泛的运用,例如代理模式、迭代器模式、单例模式和装饰者模式。

在代理模式中,将添加 img 标签和预加载图片的职责分发到两个对象中。

在迭代器模式中,将 ajax 请求和渲染页面节点的职责分发到两个对象中。

在单例模式中,把管理单例的职责和创建登录浮窗的职责分发到两个对象中。

而对于装饰者模式,通常让类或者对象一开始只具有一些基础的职责,更多的职责在代码运行时被动态装饰到对象上面。装饰者模式可以为对象动态增加职责,从另一个角度来看,这也是分离职责的一种方式。

SRP 原则的优缺点

SRP 原则的优点是降低了单个类或者对象的复杂度,按照职责把对象分解成更小的粒度,这有助于代码的复用,也有利于进行单元测试。当一个职责需要变更的时候,不会影响到其他的职责。

但 SRP 原则也有一些缺点,最明显的是会增加编写代码的复杂度。当按照职责把对象分解成更小的粒度之后,实际上也增大了这些对象之间相互联系的难度。

最小知识原则

最少知识原则(LKP)说的是一个软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用。这里的软件实体是一个广义的概念,不仅包括对象,还包括系统、类、模块、函数、变量等。

单一职责原则指导我们把对象划分成较小的粒度,这可以提高对象的可复用性。但越来越多的对象之间可能会产生错综复杂的联系,如果修改了其中一个对象,很可能会影响到跟它相互引用的其他对象。对象和对象耦合在一起,有可能会降低它们的可复用性。

最少知识原则要求我们在设计程序时,应当尽量减少对象之间的交互。如果两个对象之间不必彼此直接通信,那么这两个对象就不要发生直接的相互联系。常见的做法是引入一个第三者对象,来承担这些对象之间的通信作用。如果一些对象需要向另一些对象发起请求,可以通过第三者对象来转发这些请求。

最少知识原则在设计模式中体现得最多的地方是中介者模式和外观模式。

中介者模式很好地体现了最少知识原则。通过增加一个中介者对象,让所有的相关对象都通过中介者对象来通信,而不是互相引用。所以,当一个对象发生改变时,只需要通知中介者对象即可。

外观模式的作用是对客户屏蔽一组子系统的复杂性。外观模式对客户提供一个简单易用的高层接口,高层接口会把客户的请求转发给子系统来完成具体的功能实现。大多数客户都可以通过请求外观接口来达到访问子系统的目的。

外观模式容易跟普通的封装实现混淆。这两者都封装了一些事物,但外观模式的关键是定义一个高层接口去封装一组“子系统”。

开放-封闭原则

在面向对象的程序设计中,开放-封闭原则(OCP)是最重要的一条原则。它的定义如下:软件实体(类、模块、函数)等应该是可以扩展的,但是不可修改。

开放-封闭原则的思想:当需要改变一个程序的功能或者给这个程序增加新功能的时候,可以使用增加代码的方式,但是不允许改动程序的源代码。

对象多态性消除条件分支

过多的条件分支语句是造成程序违反开放-封闭原则的一个常见原因。每当需要增加一个新的 if 语句时,都要被迫改动原函数。把 if 换成 switch-case 是没有用的,这是一种换汤不换药的做法。利用对象的多态性来让程序遵守开放-封闭原则,是一个常用的技巧。

利用多态的思想,把程序中不变的部分隔离出来,然后把可变的部分封装起来,这样一来程序就具有了可扩展性。

隔离变化

除了利用对象的多态性之外,还有其他方式可以帮助我们编写遵守开放-封闭原则的代码。

放置挂钩

放置挂钩(hook)也是分离变化的一种方式。在程序有可能发生变化的地方放置一个挂钩,挂钩的返回结果决定了程序的下一步走向。这样一来,原本的代码执行路径上就出现了一个分叉路口,程序未来的执行方向被预埋下多种可能性。

使用回调函数

回调函数是一种特殊的挂钩。我们可以把一部分易于变化的逻辑封装在回调函数里,然后把回调函数当作参数传入一个稳定和封闭的函数中。当回调函数被执行的时候,程序就可以因为回调函数的内部逻辑不同,而产生不同的结果。

在 JavaScript 版本的设计模式中,策略模式和命令模式等都可以用回调函数轻松实现。

设计模式中的开放-封闭原则

好设计通常都经得起开放-封闭原则的考验。不管是具体的各种设计模式,还是更抽象的面向对象设计原则,比如单一职责原则、最少知识原则、依赖倒置原则等,都是为了让程序遵守开放-封闭原则而出现的。可以这样说,开放-封闭原则是编写一个好程序的目标,其他设计原则都是达到这个目标的过程。

发布-订阅模式

发布-订阅模式用来降低多个对象之间的依赖关系,它可以取代对象之间硬编码的通知机制,一个对象不用再显式地调用另外一个对象的某个接口。当有新的订阅者出现时,发布者的代码不需要进行任何修改;同样当发布者需要改变时,也不会影响到之前的订阅者。

模板方法模式

模板方法模式是一种典型的通过封装变化来提高系统扩展性的设计模式。在一个运用了模板方法模式的程序中,子类的方法种类和执行顺序都是不变的,所以把这部分逻辑抽出来放到父类的模板方法里面;而子类的方法具体怎么实现则是可变的,于是把这部分变化的逻辑封装到子类中。通过增加新的子类,便能给系统增加新的功能,并不需要改动抽象父类以及其他的子类,这也是符合开放-封闭原则的。

策略模式

策略模式和模板方法模式是一对竞争者。在大多数情况下,它们可以相互替换使用。模板方法模式基于继承的思想,而策略模式则偏重于组合和委托。策略模式将各种算法都封装成单独的策略类,这些策略类可以被交换使用。策略和使用策略的客户代码可以分别独立进行修改而互不影响。我们增加一个新的策略类也非常方便,完全不用修改之前的代码。

代理模式

以图片预加载为例,预加载图片的功能和给图片设置 src 的功能被隔离在两个函数里,它们可以单独改变而互不影响。myImage 不知晓代理的存在,它可以继续专注于自己的职责——给图片设置 src。

接口和面向接口编程

这里谈论的接口即是我们谈论的“面向接口编程”中的接口,接口的含义在这里体现得更为抽象。用《设计模式》中的话说就是:接口是对象能响应的请求的集合

静态类型语言通常设计为可以“向上转型”。当给一个类变量赋值时,这个变量的类型既可以使用这个类本身,也可以使用这个类的超类。通过向上转型,对象的具体类型被隐藏在“超类型”身后。当对象类型之间的耦合关系被解除之后,这些对象才能在类型检查系统的监视下相互替换使用,这样才能看到对象的多态性。

从过程上来看,“面向接口编程”其实是“面向超类型编程”。当对象的具体类型被隐藏在超类型身后时,这些对象就可以相互替换使用,我们的关注点才能从对象的类型上转移到对象的行为上。“面向接口编程”也可以看成面向抽象编程,即针对超类型中的 abstract 方法编程,接口在这里被当成 abstract 方法中约定的契约行为。这些契约行为暴露了一个类或者对象能够做什么,但是不关心具体如何去做。

用鸭子类型进行接口检查

鸭子类型是动态类型语言面向对象设计中的一个重要概念。利用鸭子类型的思想,不必借助超类型的帮助,就能在动态类型语言中轻松地实现设计原则:面向接口编程,而不是面向实现编程。

比如,一个对象如果有 push 和 pop 方法,并且提供了正确的实现,它就能被当作栈来使用;一个对象如果有 length 属性,也可以依照下标来存取属性,这个对象就可以被当作数组来使用。如果两个对象拥有相同的方法,则有很大的可能性它们可以被相互替换使用。

代码重构

模式和重构之间有着一种与生俱来的关系。从某种角度来看,设计模式的目的就是为许多重构行为提供目标。

这里提出一些重构的目标和手段:

  • 提炼函数

  • 合并重复的条件片段

  • 把条件分支语句提炼成函数

  • 合理使用循环

  • 提前让函数退出代替嵌套条件分支

  • 传递对象参数代替过长的参数列表

  • 尽量减少参数数量

  • 少用三目运算符

  • 合理使用链式调用

  • 分解大型类

  • 用 return 退出多重循环