Java代碼優化六大原則

單一職責

代碼優化第一步,單一職責原則 (Single Responsibility Principle)。對於一個java類,應該僅有一個引起它變化的原因,也就是說,一個類中,應該是一組相關性很高的函數、數據的封裝。但是這個原則的界限劃分的並不是那麼清晰,很大程度上要依賴於開發者的個人經驗來定。對於單一職責界限的劃分最大的問題就是類的職責是什麼,如何劃分類的職責。

    單一職責原則在我們實際工作中隨處可見,例如在我們比較關心的框架MVC,MVP中,負責頁面展示的Activity,Fragment,以及各種View,它們只負責UI的展示,具體的業務邏輯則交付給Controller或者Presenter.。再例如各種流行的圖片加載框架,在其中都可以找到專門負責圖片加載類,圖片緩存的類。所以,單一職責原則是我們代碼優化的第一步,也是最重要的一步。

 

開閉原則

開閉原則(Open Close Principle),是Java世界裏最基礎的設計原則,它指導我們如何建立一個穩定、靈活的系統。開閉原則定義:軟件中的對象(類,模塊、函數等)應該對於擴展是開放的,對於修改的封閉的。在軟件的生命週期內,因爲變化、升級、維護等原因需要對軟件原有的代碼進行修改時,可能會將錯誤引入原本已經測試過的舊代碼,破壞原有系統,因此,當軟件需要變化時,我們應該儘可能通過擴展的方式來實現變化,而不是通過修改已有的代碼來實現。但這也不是絕對的,在實際開發過程中,只通過繼承的方式來升級、維護原有系統是一個理想化的情況,因此,實際開發中,修改原有代碼、擴展代碼往往是同時存在的。而如何確保原有軟件模塊的正確性,以及儘量少地影響原有代碼模塊,答案就是儘量遵守開閉原則。

 

里氏替換原則

里氏替換原則(Liskov Substitution Principle)定義:如果對於每一個類型爲ClassA的對象a,都有類型爲ClassB的對象b,使得以ClassB定義的所有程序P在所有的對象b都替換成a時,程序P的行爲沒有發生變化,那麼類型ClassA是類型ClassB的子類型。然而這段敘述晦澀難懂,更直接的定義是:所有引用基類的地方必須能透明的使用其子類的對象。

    我們知道,面向對象的三大特點是:繼承,封裝,多態,里氏替換原則就是依賴於繼承、多態這兩大特性。里氏替換原則簡單來說就是,所有引用基類的地方,必須能使用子類對象。也就是說只要父類能出現的地方,其子類就可以出現。而且替換爲子類不會產生任何錯誤和差異。使用者可能根本就不需要知道是父類還是子類,但是反過來就行不了,有子類出現的地方父類未必就能適應。其實歸根結底,里氏替換原則就是基於這兩個字:抽象

里氏替換原則的核心原理是抽象,抽象又依賴於繼承,在OOP當中,繼承的優缺點都相當明顯。

繼承優點是:

  • 代碼重用,減少創建類的成本,每個子類都擁有父類的方法和屬性
  • 子類和父類基本相似,但又與父類有所區別
  • 提高代碼的可擴展性

繼承的缺點:

  • 繼承是入侵性的,只要繼承就必須擁有父類的所有屬性和方法
  • 可能造成子類代碼冗餘,靈活性降低,因爲子類必須擁有父類的方法和屬性

但事物總有兩面性,權衡和利用都是需要根據具體情況來做出選擇。在開發過程中運用抽象是走向代碼優化的重要一步。

 

依賴倒置原則

依賴倒置原則(Dependence Inversion Principle),依賴倒置原則指定了一種特定的解耦形式,實現高層次的模塊不依賴於低層次的模塊的實現細節的目的,依賴模塊被顛倒了。然而定義往往的不好理解的,依賴倒置原則有以下幾個關鍵點:

  • 高層模塊不應該依賴低層模塊,兩者都應該依賴其抽象
  • 抽象不應該依賴細節
  • 細節應該依賴抽象

在Java 語言中,抽象就是指接口或抽象類,兩者都是不能直接被實例化的。細節就是實現類,實現接口或繼承抽象類而產生的類就是細節,其特點是,可以直接被實例化。高層模塊就是調用端,低層模塊就是具體實現類。依賴倒置原則在Java語言中的表現就是:模塊間的依賴通過抽象發生,實現類之間不發生直接的依賴關係,其依賴關係是通過接口或實現類產生的。其實一句話就是:面向接口,或者面向抽象編程。

如果類與類直接依賴於細節,那麼它們之間就有直接耦合,當具體實現需要變化時,意味着要同時修改依賴者的代碼,這限制了系統的可擴展性。

 

接口隔離原則

接口隔離原則(Interface Segregation Principle),它的定義是:客戶端不應該依賴它不需要的接口。另一種定義是:類間的依賴關係應該建立在最小的接口上。接口隔離原則將非常龐大,臃腫的接口拆分成更小的接口和更具體的接口,這樣客戶只需要知道他們感興趣的方法。接口隔離原則的目的是系統解開耦合,從而容易重構、更改和重新部署。

定義總是不好理解的,我們通過一段代碼來理解一下接口隔離原則的具體使用。比如我們常見的輸出流OutputStream,使用之後需要將其關閉:

FileOutputStream fos = null;
try{
    fos = new FileOutputStream(URI);
    ...
}catch(Exception e){
    e.printStackTrace();
}finally{
    if(fos!=null) {
         try{
            fos.close();
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

我們看到,這段代碼的可讀性非常差,各種try catch嵌套的都是極其簡單的代碼,那麼我們如何解決這個問題呢?在Java中有一個Closeable接口:

public interface Closeable extends AutoCloseable {
    /**
     * Closes this stream and releases any system resources associated
     * with it. If the stream is already closed then invoking this
     * method has no effect.
     *
     * @throws IOException if an I/O error occurs
     */
    public void close() throws IOException;
}

該接口標識了一個可關閉的對象,它只有一個close方法,而我們的FileOutputStream也實現了這個接口。這樣我們就好辦了,我們可以依賴Closeable 接口實現一個工具類:

public final class CloseUtils{
    private CloseUtils(){}

    public static void closeQuietly(Closeable closeable){
        if(null!=closeable){
            try{
                closeable.close();
            }catch(IOException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

在實際的運用中,我們只需要這樣:

...
finally{
    CloseUtils.closeQuietly(fos);
}

代碼簡潔了很多,而且這個工具類可以運用到各類可關閉的對象中,保證了代碼的重用性。CloseUtils的closeQuietly方法的基本原理就是依賴於CLoseable抽象而不是具體實現,並且建立在最小化依賴原則的基礎上,它只需要知道這個對象是可關閉的,其他的一概不關心,也就是我們所提出的接口隔離原則。

 

迪米特原則

迪米特原則(Law of Demeter),也稱爲最少知識原則:一個對象應該對其他對象有最少的瞭解。也就是說,一個類應該對自己需要耦合或者調用的類知道的最少,類的內部如何實現與調用者或者依賴者沒關係,調用者和依賴者只需要知道它需要的方法即可,其他的一概不管。類與類的關係越密切,耦合度越大,當一個類發生改變時,對另一個類的影響也越大。

就比如說MVP框架中的Model層的實現,我們都知道Model抽象是給View提供具體的數據,而我們的View層並不需要知道數據是怎麼得來的,就算我們後臺接口如何改變,只要數據結構不變,那我們就不需要通知View層進行改變。

 

總結

在我們實際開發中,最難的不是完成應用的開發工作,而是後續的升級、維護過程中讓系統兼容變化,這也意味着在滿足需求而不破壞系統穩定性的前提下保持高可擴展性、高內聚、低耦合,在經歷了各版本的變化之後依然保持清晰,靈活,穩定的系統架構。當然這是一個理想狀態,但是我們必須朝這個方向努力,那麼遵循我們上面提出的六大原則就是我們優化代碼,走向靈活軟件之路的第一步!

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