迪米特法则

Published on 2016 - 06 - 05

迪米特法则的定义

迪米特法则(Law of Demeter,LoD)也称为最少知识原则(Least Knowledge Principle,LKP),虽然名字不同,但描述的是同一个规则:一个对象应该对其他对象有最少的了解。通俗地讲,一个类应该对自己需要耦合或调用的类知道得最少,你(被耦合或调用的类)的内部是如何复杂都和我没关系,那是你的事情,我就知道你提供的这么多public方法,我就调用这么多,其他的我一概不关心。

迪米特法则的剖析

迪米特法则对类的低耦合提出了明确的要求,其包含以下4层含义。

只和朋友交流

迪米特法则还有一个英文解释是:Only talk to your immediate friends(只与直接的朋友通信。)什么叫做直接的朋友呢?每个对象都必然会与其他对象有耦合关系,两个对象之间的耦合就成为朋友关系,这种关系的类型有很多,例如组合、聚合、依赖等。下面我们将举例说明如何才能做到只与直接的朋友交流。

传说中有这样一个故事,老师想让体育委员确认一下全班女生来齐没有,就对他说:“你去把全班女生清一下。”体育委员没听清楚,就问道:“呀,……那亲哪个?”老师无语了,我们来看这个笑话怎么用程序来实现,类图如图1所示。

Teacher类的commond方法负责发送命令给体育会员,命令他清点女生,其实现过程如代码清单1所示。

public class Teacher {     
     //老师对学生发布命令,清一下女生
     public void commond(GroupLeader groupLeader){
             List listGirls = new ArrayList();
             //初始化女生
             for(int i=0;i<20;i++){
                     listGirls.add(new Girl());
             }
             //告诉体育委员开始执行清查任务
             groupLeader.countGirls(listGirls);
     }
}

老师只有一个方法commond,先定义出所有的女生,然后发布命令给体育委员,去清点一下女生的数量。体育委员GroupLeader的实现过程如代码清单2所示。

public class GroupLeader { 
     //清查女生数量
     public void countGirls(List<Girl> listGirls){
             System.out.println("女生数量是:"+listGirls.size());
     }
}

老师类和体育委员类都对女生类产生依赖,而且女生类不需要执行任何动作,因此定义一个空类,其实现过程如代码清单3所示。

public class Girl {
}

故事中的三个角色都已经有了,再定义一个场景类来描述这个故事,其实现过程如代码清单4所示。

public class Client {
     public static void main(String[] args) {
             Teacher teacher= new Teacher();            
             //老师发布命令
             teacher.commond(new GroupLeader());
     }
}

运行结果如下所示:

女生数量是:20

体育委员按照老师的要求对女生进行了清点,并得出了数量。我们回过头来思考一下这个程序有什么问题,首先确定Teacher类有几个朋友类,它仅有一个朋友类——GroupLeader。为什么Girl不是朋友类呢?Teacher也对它产生了依赖关系呀!朋友类的定义是这样的:出现在成员变量、方法的输入输出参数中的类称为成员朋友类,而出现在方法体内部的类不属于朋友类,而Girl这个类就是出现在commond方法体内,因此不属于Teacher类的朋友类。迪米特法则告诉我们一个类只和朋友类交流,但是我们刚刚定义的commond方法却与Girl类有了交流,声明了一个List动态数组,也就是与一个陌生的类Girl有了交流,这样就破坏了Teacher的健壮性。方法是类的一个行为,类竟然不知道自己的行为与其他类产生依赖关系,这是不允许的,严重违反了迪米特法则。

问题已经发现,我们修改一下程序,将类图稍作修改,如图2所示。

在类图中去掉Teacher对Girl类的依赖关系,修改后的Teacher类如代码清单5所示。

public class Teacher {
     //老师对学生发布命令,清一下女生
     public void commond(GroupLeader groupLeader){
     //告诉体育委员开始执行清查任务
             groupLeader.countGirls();
     }
}

修改后的GroupLeader类如代码清代6所示。

public class GroupLeader {
     private List<Girl> listGirls;
     //传递全班的女生进来
     public GroupLeader(List<Girl> _listGirls){
             this.listGirls = _listGirls;
     }  
     //清查女生数量
     public void countGirls(){
             System.out.println("女生数量是:"+this.listGirls.size());
     }
}

在GroupLeader类中定义了一个构造函数,通过构造函数传递了依赖关系。同时,对场景类也进行了一些修改,如代码清单7所示。

public class Client {
     public static void main(String[] args) {
             //产生一个女生群体
             List<Girl> listGirls = new ArrayList<Girl>();
             //初始化女生
             for(int i=0;i<20;i++){
                     listGirls.add(new Girl());
             }                  
             Teacher teacher= new Teacher();            
             //老师发布命令
             teacher.commond(new GroupLeader(listGirls));
     }  
}

对程序进行了简单的修改,把Teacher中对List的初始化移动到了场景类中,同时在GroupLeader中增加了对Girl的注入,避开了Teacher类对陌生类Girl的访问,降低了系统间的耦合,提高了系统的健壮性。

注意 一个类只和朋友交流,不与陌生类交流,不要出现getA().getB().getC().getD()这种情况(在一种极端的情况下允许出现这种访问,即每一个点号后面的返回类型都相同),类与类之间的关系是建立在类间的,而不是方法间,因此一个方法尽量不引入一个类中不存在的对象,当然,JDK API提供的类除外。

朋友间也是有距离的

我们在安装软件的时候,经常会有一个导向动作,第一步是确认是否安装,第二步确认License,再然后选择安装目录……这是一个典型的顺序执行动作,具体到程序中就是:调用一个或多个类,先执行第一个方法,然后是第二个方法,根据返回结果再来看是否可以调用第三个方法,或者第四个方法,等等,其类图如图3所示。

很简单的类图,实现软件安装的过程,其中first方法定义第一步做什么,second方法定义第二步做什么,third方法定义第三步做什么,其实现过程如代码清单8所示。

public class Wizard {
     private Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
     //第一步
     public int first(){
             System.out.println("执行第一个方法...");
             return rand.nextInt(100);
     }  
    //第二步
     public int second(){
             System.out.println("执行第二个方法...");
             return rand.nextInt(100);
     }  
     //第三个方法
     public int third(){
             System.out.println("执行第三个方法...");
             return rand.nextInt(100);
     }
}

在Wizard类中分别定义了三个步骤方法,每个步骤中都有相关的业务逻辑完成指定的任务,我们使用一个随机函数来代替业务执行的返回值。软件安装InstallSoftware类如代码清单9所示。

public class InstallSoftware {     
     public void installWizard(Wizard wizard){
             int first = wizard.first();  
             //根据first返回的结果,看是否需要执行second
             if(first>50){
                      int second = wizard.second();
                      if(second>50){
                                int third = wizard.third();
                                if(third >50){
                                          wizard.first();
                      }
                 }
            }           
     }
}

根据每个方法执行的结果决定是否继续执行下一个方法,模拟人工的选择操作。场景类如代码清单10所示。

public class Client {      
     public static void main(String[] args) {
             InstallSoftware invoker = new InstallSoftware();
             invoker.installWizard(new Wizard());
     }
}

以上程序很简单,运行结果和随机数有关,每次的执行结果都不相同,需要读者自己运行并查看结果。程序虽然简单,但是隐藏的问题可不简单,思考一下程序有什么问题。Wizard类把太多的方法暴露给InstallSoftware类,两者的朋友关系太亲密了,耦合关系变得异常牢固。如果要将Wizard类中的first方法返回值的类型由int改为boolean,就需要修改InstallSoftware类,从而把修改变更的风险扩散开了。因此,这样的耦合是极度不合适的,我们需要对设计进行重构,重构后的类图如图4所示。

在Wizard类中增加一个installWizard方法,对安装过程进行封装,同时把原有的三个public方法修改为private方法,如代码清单11所示。

public class Wizard {
     private Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
     //第一步
     private int first(){
             System.out.println("执行第一个方法...");
             return rand.nextInt(100);
     }  
     //第二步
     private int second(){
             System.out.println("执行第二个方法...");
             return rand.nextInt(100);
     }  
     //第三个方法
     private int third(){
             System.out.println("执行第三个方法...");
             return rand.nextInt(100);
     }   
     //软件安装过程   
     public void installWizard(){               
             int first = this.first();  
             //根据first返回的结果,看是否需要执行second
             if(first>50){
                      int second = this.second();
                      if(second>50){
                                int third = this.third();
                                if(third >50){
                                          this.first();
                                }
                      }
                 }              
     }
}

将三个步骤的访问权限修改为private,同时把InstallSoftware中的方法installWizad移动到Wizard方法中。通过这样的重构后,Wizard类就只对外公布了一个public方法,即使要修改first方法的返回值,影响的也仅仅只是Wizard本身,其他类不受影响,这显示了类的高内聚特性。

对InstallSoftware类进行少量的修改,如代码清单12所示。

public class InstallSoftware {
     public void installWizard(Wizard wizard){
             //直接调用
             wizard.installWizard();
     }
}

场景类Client没有任何改变,如代码清单10所示。通过进行重构,类间的耦合关系变弱了,结构也清晰了,变更引起的风险也变小了。

一个类公开的public属性或方法越多,修改时涉及的面也就越大,变更引起的风险扩散也就越大。因此,为了保持朋友类间的距离,在设计时需要反复衡量:是否还可以再减少public方法和属性,是否可以修改为private、package-private(包类型,在类、方法、变量前不加访问权限,则默认为包类型)、protected等访问权限,是否可以加上final关键字等。

注意 迪米特法则要求类“羞涩”一点,尽量不要对外公布太多的public方法和非静态的public变量,尽量内敛,多使用private、package-private、protected等访问权限。

是自己的就是自己的

在实际应用中经常会出现这样一个方法:放在本类中也可以,放在其他类中也没有错,那怎么去衡量呢?你可以坚持这样一个原则:如果一个方法放在本类中,既不增加类间关系,也对本类不产生负面影响,那就放置在本类中。

谨慎使用Serializable

在实际应用中,这个问题是很少出现的,即使出现也会立即被发现并得到解决。是怎么回事呢?举个例子来说,在一个项目中使用RMI(Remote Method Invocation,远程方法调用)方式传递一个VO(Value Object,值对象),这个对象就必须实现Serializable接口(仅仅是一个标志性接口,不需要实现具体的方法),也就是把需要网络传输的对象进行序列化,否则就会出现NotSerializableException异常。突然有一天,客户端的VO修改了一个属性的访问权限,从private变更为public,访问权限扩大了,如果服务器上没有做出相应的变更,就会报序列化失败,就这么简单。但是这个问题的产生应该属于项目管理范畴,一个类或接口在客户端已经变更了,而服务器端却没有同步更新,难道不是项目管理的失职吗?

综述

迪米特法则的核心观念就是类间解耦,弱耦合,只有弱耦合了以后,类的复用率才可以提高。其要求的结果就是产生了大量的中转或跳转类,导致系统的复杂性提高,同时也为维护带来了难度。读者在采用迪米特法则时需要反复权衡,既做到让结构清晰,又做到高内聚低耦合。

迪米特法则要求类间解耦,但解耦是有限度的,除非是计算机的最小单元——二进制的0和1。那才是完全解耦,在实际的项目中,需要适度地考虑这个原则,别为了套用原则而做项目。原则只是供参考,如果违背了这个原则,项目也未必会失败,这就需要大家在采用原则时反复度量,不遵循是不对的,严格执行就是“过犹不及”。

参考文档