3.2 言而无信你太需要契约

发表于 2019-09-16 更新于 2021-09-30 分类于 8 设计模式之禅(第2版) ， 1 第一部分大旗不挥，谁敢冲锋 ——6大设计原则全新解读，第3章依赖倒置原则 Waline：本文字数： 4.9k 阅读时长 ≈ 4 分钟

3.2 言而无信，你太需要契约

采用依赖倒置原则可以减少类间的耦合性，提高系统的稳定性，降低并行开发引起的风险，提高代码的可读性和可维护性。

证明一个定理是否正确，有两种常用的方法：一种是根据提出的论题，经过一番论证，推出和定理相同的结论，这是顺推证法；还有一种是首先假设提出的命题是伪命题，然后推导出一个荒谬、与已知条件互斥的结论，这是反证法。我们今天就用反证法来证明依赖倒置原则是多么优秀和伟大！

论题：依赖倒置原则可以减少类间的耦合性，提高系统的稳定性，降低并行开发引起的风险，提高代码的可读性和可维护性。
反论题：不使用依赖倒置原则也可以减少类间的耦合性，提高系统的稳定性，降低并行开发引起的风险，提高代码的可读性和可维护性。

我们通过一个例子来说明反论题是不成立的。现在的汽车越来越便宜了，一个卫生间的造价就可以买到一辆不错的汽车，有汽车就必然有人来驾驶，司机驾驶奔驰车的类图如图3- 1所示。

图3-1 司机驾驶奔驰车类图

奔驰车可以提供一个方法run，代表车辆运行，实现过程如代码清单3-1所示。

代码清单3-1 司机源代码

public class Driver {
    //司机的主要职责就是驾驶汽车
    public void drive(Benz benz){
        benz.run();
    }
}

司机通过调用奔驰车的run方法开动奔驰车，其源代码如代码清单3-2所示。

代码清单3-2 奔驰车源代码

public class Benz {
    //汽车肯定会跑
    public void run(){
        System.out.println("奔驰汽车开始运行...");
    }
}

有车，有司机，在Client场景类产生相应的对象，其源代码如代码清单3-3所示。

代码清单3-3 场景类源代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Driver zhangSan = new Driver();
        Benz benz = new Benz();
        //张三开奔驰车
        zhangSan.drive(benz);
    }
}

通过以上的代码，完成了司机开动奔驰车的场景，到目前为止，这个司机开奔驰车的项目没有任何问题。我们常说“危难时刻见真情”，我们把这句话移植到技术上就成了“变更才显真功夫”，业务需求变更永无休止，技术前进就永无止境，在发生变更时才能发觉我们的设计或程序是否是松耦合。我们在一段貌似磐石的程序上加上一块小石头：张三司机不仅要开奔驰车，还要开宝马车，又该怎么实现呢？麻烦出来了，那好，我们走一步是一步，我们先把宝马车产生出来，实现过程如代码清单3-4所示。

代码清单3-4 宝马车源代码

public class BMW {
    //宝马车当然也可以开动了
    public void run(){
        System.out.println("宝马汽车开始运行...");
    }
}

宝马车也产生了，但是我们却没有办法让张三开动起来，为什么？张三没有开动宝马车的方法呀！一个拿有C驾照的司机竟然只能开奔驰车而不能开宝马车，这也太不合理了！在现实世界都不允许存在这种情况，何况程序还是对现实世界的抽象，我们的设计出现了问题：司机类和奔驰车类之间是紧耦合的关系，其导致的结果就是系统的可维护性大大降低，可读性降低，两个相似的类需要阅读两个文件，你乐意吗？还有稳定性，什么是稳定性？固化的、健壮的才是稳定的，这里只是增加了一个车类就需要修改司机类，这不是稳定性，这是易变性。被依赖者的变更竟然让依赖者来承担修改的成本，这样的依赖关系谁肯承担！证明到这里，我们已经知道反论题已经部分不成立了。

注意设计是否具备稳定性，只要适当地“松松土”，观察“设计的蓝图”是否还可以茁壮地成长就可以得出结论，稳定性较高的设计，在周围环境频繁变化的时候，依然可以做到“我自岿然不动”。

我们继续证明，“减少并行开发引起的风险”，什么是并行开发的风险？并行开发最大的风险就是风险扩散，本来只是一段程序的错误或异常，逐步波及一个功能，一个模块，甚至到最后毁坏了整个项目。为什么并行开发就有这样的风险呢？一个团队，20个开发人员，各人负责不同的功能模块，甲负责汽车类的建造，乙负责司机类的建造，在甲没有完成的情况下，乙是不能完全地编写代码的，缺少汽车类，编译器根本就不会让你通过！在缺少Benz类的情况下，Driver类能编译吗？更不要说是单元测试了！在这种不使用依赖倒置原则的环境中，所有的开发工作都是“单线程”的，甲做完，乙再做，然后是丙继续……这在20世纪90年代“个人英雄主义”编程模式中还是比较适用的，一个人完成所有的代码工作。但在现在的大中型项目中已经是完全不能胜任了，一个项目是一个团队协作的结果，一个“英雄”再牛也不可能了解所有的业务和所有的技术，要协作就要并行开发，要并行开发就要解决模块之间的项目依赖关系，那然后呢？依赖倒置原则就隆重出场了！

根据以上证明，如果不使用依赖倒置原则就会加重类间的耦合性，降低系统的稳定性，增加并行开发引起的风险，降低代码的可读性和可维护性。承接上面的例子，引入依赖倒置原则后的类图如图3-2所示。

图3-2 引入依赖倒置原则后的类图

建立两个接口：IDriver和ICar，分别定义了司机和汽车的各个职能，司机就是驾驶汽车，必须实现drive()方法，其实现过程如代码清单3-5所示。

代码清单3-5 司机接口

public interface IDriver {
    //是司机就应该会驾驶汽车
    public void drive(ICar car);
}

接口只是一个抽象化的概念，是对一类事物的最抽象描述，具体的实现代码由相应的实现类来完成，Driver实现类如代码清单3-6所示。

代码清单3-6 司机类的实现

public class Driver implements IDriver{
    //司机的主要职责就是驾驶汽车
    public void drive(ICar car){
        car.run();
    }
}

在IDriver中，通过传入ICar接口实现了抽象之间的依赖关系，Driver实现类也传入了ICar 接口，至于到底是哪个型号的Car，需要在高层模块中声明。

ICar及其两个实现类的实现过程如代码清单3-7所示。

代码清单3-7 汽车接口及两个实现类

public interface ICar {
    //是汽车就应该能跑
    public void run();
}
public class Benz implements ICar{
    //汽车肯定会跑
    public void run(){
        System.out.println("奔驰汽车开始运行...");
    }
}
public class BMW implements ICar{
    //宝马车当然也可以开动了
    public void run(){
        System.out.println("宝马汽车开始运行...");
    }
}

在业务场景中，我们贯彻“抽象不应该依赖细节”，也就是我们认为抽象（ICar接口）不依赖BMW和Benz两个实现类（细节），因此在高层次的模块中应用都是抽象，Client的实现过程如代码清单3-8所示。

代码清单3-8 业务场景

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        IDriver zhangSan = new Driver();
        ICar benz = new Benz();
        //张三开奔驰车
        zhangSan.drive(benz);
    }
}

Client属于高层业务逻辑，它对低层模块的依赖都建立在抽象上，zhangSan的表面类型是IDriver，Benz的表面类型是ICar，也许你要问，在这个高层模块中也调用到了低层模块，比如new Driver()和new Benz()等，如何解释？确实如此，zhangSan的表面类型是IDriver，是一个接口，是抽象的、非实体化的，在其后的所有操作中，zhangSan都是以IDriver类型进行操作，屏蔽了细节对抽象的影响。当然，张三如果要开宝马车，也很容易，我们只要修改业务场景类就可以，实现过程如代码清单3-9所示。

代码清单3-9 张三驾驶宝马车的实现过程

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        IDriver zhangSan = new Driver();
        ICar bmw = new BMW();
        //张三开奔驰车
        zhangSan.drive(bmw);
    }
}

在新增加低层模块时，只修改了业务场景类，也就是高层模块，对其他低层模块如Driver类不需要做任何修改，业务就可以运行，把“变更”引起的风险扩散降到最低。

注意在Java中，只要定义变量就必然要有类型，一个变量可以有两种类型：表面类型和实际类型，表面类型是在定义的时候赋予的类型，实际类型是对象的类型，如zhangSan的表面类型是IDriver，实际类型是Driver。

我们再来思考依赖倒置对并行开发的影响。两个类之间有依赖关系，只要制定出两者之间的接口（或抽象类）就可以独立开发了，而且项目之间的单元测试也可以独立地运行，而TDD（Test-Driven Development，测试驱动开发）开发模式就是依赖倒置原则的最高级应用。我们继续回顾上面司机驾驶汽车的例子，甲程序员负责IDriver的开发，乙程序员负责ICar的开发，两个开发人员只要制定好了接口就可以独立地开发了，甲开发进度比较快，完成了IDriver以及相关的实现类Driver的开发工作，而乙程序员滞后开发，那甲是否可以进行单元测试呢？答案是可以，我们引入一个JMock工具，其最基本的功能是根据抽象虚拟一个对象进行测试，测试类如代码清单3-10所示。

代码清单3-10 测试类

public class DriverTest extends TestCase{
    Mockery context = new JUnit4Mockery();
    @Test 
    public void testDriver() {
        //根据接口虚拟一个对象
        final ICar car = context.mock(ICar.class);
        IDriver driver = new Driver();
        //内部类
        context.checking(new Expectations(){{oneOf (car).run();}});
        driver.drive(car);
    }
}

注意粗体部分，我们只需要一个ICar的接口，就可以对Driver类进行单元测试。从这一点来看，两个相互依赖的对象可以分别进行开发，孤立地进行单元测试，进而保证并行开发的效率和质量，TDD开发的精髓不就在这里吗？测试驱动开发，先写好单元测试类，然后再写实现类，这对提高代码的质量有非常大的帮助，特别适合研发类项目或在项目成员整体水平比较低的情况下采用。

抽象是对实现的约束，对依赖者而言，也是一种契约，不仅仅约束自己，还同时约束自己与外部的关系，其目的是保证所有的细节不脱离契约的范畴，确保约束双方按照既定的契约（抽象）共同发展，只要抽象这根基线在，细节就脱离不了这个圈圈，始终让你的对象做到“言必信，行必果”。