没有杯子的世界：OOP设计思想的应用实践

最近看到一个有趣的问题：Person类具有Hand,Hand可以操作杯子Cup,但是在石器时代是没有杯子的，这个问题用编程怎么解决？

简单代码实现

我们先用简单代码实现原问题：

@Datapublic class Person {    private final String name;    private Hand hand = new Hand();    private Mouth mouth = new Mouth();    private static class Hand {        // 为了简化问题，用字符串表示复杂的方法实现，这些方法极有可能具有副作用        String holdCup() {            return "hold a cup...";        }        String refillCup() {            return "refill the coffee cup...";        }    }    private static class Mouth {        String drinkCoffee() {            return "take a cup of coffee";        }    }    public String drinkCoffee() {        return String.join("\n",                hand.refillCup(),                hand.holdCup(),                mouth.drink()        );    }    // 略去其他方法，run(), work(), eat()...    public static void main(String[] args) {        Person eric = new Person("Eric");        System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());    }}

良好的代码设计经常面向接口编程，我们抽取出接口如下:

public interface Person {    String drinkCoffee();    // 略去其他方法，run(), work(), eat()...    interface Hand {        String holdCup();        String refillCup();    }    interface Mouth {        String drinkCoffee();    }}@Datapublic class DefaultPerson implements Person {    private final String name;    private Hand hand = new DefaultHand();    private Mouth mouth = new DefaultMouth();    private static class DefaultHand implements Hand {        @Override        public String holdCup() {            return "hold a cup...";        }        @Override        public String refillCup() {            return "refill the coffee cup...";        }    }    private static class DefaultMouth implements Mouth {        @Override        public String drinkCoffee() {            return "take a cup of coffee";        }    }    @Override    public String drinkCoffee() {        return String.join("\n",                hand.refillCup(),                hand.holdCup(),                mouth.drinkCoffee()        );    }    public static void main(String[] args) {        Person eric = new DefaultPerson("eric");        System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());    }}

完事具备，现在我们来思考下这个问题：问题的关键在于drinkCoffee方法，现在这个方法调用的结果是不对的，因为方法的调用依据了DefaultPerson之外的变量，即是否处于石器时代。我们先看一个不好的实现：

@Valuepublic class BadPersonImpl implements Person {    String name;    boolean isInStoneEra;    @Override    public String drinkCoffee() {        if (isInStoneEra) {            return String.format("%s cannot drink, because there is no cup in the era.", getName());        }        return "refill the coffee cup..." + "hold a cup..." + "take a cup of coffee.";    }    public static void main(String[] args) {        Person eric = new BadPersonImpl("Eric", true);        System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());    }}

这段代码的问题是所有的内容都写死了，所有的代码都在一块，无法复用和拓展。

当然，如果说本来Person的实现就简单，新需求并不多，用这种方法也不是不可以。

问题分析&解决方法

不过，大部分情况下如果我们最开始这么写，把自己的路堵死了，当有新需求时，之后的修改极有可能发展成if-else套娃地狱，一个方法越写越多，越写越乱，逻辑复杂到自己把自己都绕死了，最后实在受不了了，重写整个方法或类。

为什么我的代码中新加了Mouth这个类？

因为如果Person中有Hand这个类，通常说明Hand类有自己独立的实现，行为比较复杂，Person实现的行为比较复杂，加入了Mouth是为了说明Person类的复杂性，Person是一个抽象工厂。

正确的做法应该考虑设计中的变量和不变量：

1. 人所处的时代是变化的，时代影响人的行为
2. 人的行为可以独立变化，即人具有hand、mouth等，其使用各个组件进行某些行为。
3. 人的组件hand、mouth可以独立变化

不变：

1. 时代一旦确定就不会更改（无需使用状态模式）
2. Person的组件一旦确定就不会更改
3. Person 和 Era 独立扩展

由此我们得出结论，Person和Era要实现解耦。

interface EraEnvironment {    default boolean hasCup() {        return true;    }}class ModernEra implements EraEnvironment {}class StoneAge implements EraEnvironment {    @Override    public boolean hasCup() {        return false;    }}// 基于组合的实现@Valueclass PersonInEra implements Person {    Person person;    EraEnvironment era;    @Override    public String drinkCoffee() {        if (era.hasCup()) {            return person.drinkCoffee();        }        return String.format("%s cannot drink, because there is no cup in the era.", person.getName());    }    @Override    public String getName() {        return person.getName();    }    public static void main(String[] args) {        PersonInEra eric = new PersonInEra(new DefaultPerson("Eric"), new StoneAge());        System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());    }}

进一步优化成协调者模式，可以保证各个Colleague类(Person、EraEnvironment)独立扩展。

如果以后还有影响Person行为的变量，比如天气、心情等，可以引入新的协调者。

可以看出，随着需求的增多，协调者可能越来越多，此时我们就需要重新进行分析，哪些条件可以看做Person的固有属性，对Person进行重构。

// 优化抽取出抽象类class PersonInEra extends AbstractPersonInEra {    public PersonInEra(Person person, EraEnvironment era) {        super(person, era);    }    @Override    public String drinkCoffee() {        if (getEra().hasCup()) {            return getPerson().drinkCoffee();        }        return String.format("%s cannot drink, because there is no cup in the era.", getName());    }    public static void main(String[] args) {        PersonInEra eric = new PersonInEra(new DefaultPerson("Eric"), new StoneAge());        System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());    }}public abstract class AbstractPersonInEra implements Person {    private final Person person;    private final EraEnvironment era;    public AbstractPersonInEra(Person person, EraEnvironment era) {        this.person = person;        this.era = era;    }    @Override    public String getName() {        return person.getName();    }    protected Person getPerson() {        return person;    }    protected EraEnvironment getEra() {        return era;    }    @Override    public abstract String drinkCoffee();}

面向对象原则分析

当然，根据对需求的不同理解和对未来需求的预期，我们可能选择不同的实现，这个问题还有可能用状态模式、策略模式等实现，不同的方法有优点也有缺点；如果在面试中遇到这样的问题，一定要跟面试官明确背景和需求。

我们使用面向对象的基本原则分析下改动前后的代码：

1.单一职责原则（SRP）：一个类/方法应该只有一个职责。

满足。以PersonInEra::drinkCoffee为例，其只负责根据环境，对调用方法进行选择。

2.开放封闭原则（OCP）：软件实体应该对扩展开放，对修改关闭。

满足。对扩展开发不必多说，使用接口或抽象类都方便了拓展。

3.里氏替换原则（LSP）：子类对象应该能够替换其父类对象并保持系统的行为正确性。

满足。我们使用时声明类型为接口Person，使用的实例为其具体实现。

4.依赖倒置原则（DIP）：高层模块不应该依赖于底层模块，而是应该通过抽象进行交互。

满足。client使用了Person,Person的不同实现间的依赖都是接口或抽象类。一个实体类抽象出接口是一个万金油式的好方法。

5.接口隔离原则（ISP）：一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

满足。比如AbstractPersonInEra依赖的是Person接口，这个接口并不包含其他不必要的方法。

6.合成/聚合复用原则（CARP）：优先使用对象合成或聚合，而不是继承来实现代码复用。

满足。AbstractPersonInEra使用的是组合实现。

7.迪米特法则（LoD）：一个对象应该对其它对象保持最小的了解。满足。这里还是看出了使用接口的好处，AbstractPersonInEra只知道自己依赖了Person和EraEnvironment,对于依赖对象的实现一无所知。

策略模式

最后，你可以自己写个策略模式，和我写的策略模式比较一下，从面向对象设计的角度分析其优劣。

使用策略模式编写的代码如下：

// 策略模式，不改变原 DefaultPerson 的实现@FunctionalInterfacepublic interface DrinkStrategy {    String drink();}public final class Persons {    private Persons(){}    @NotNull    private static DrinkStrategy stoneEraSupport(Person person, EraEnvironment era) {        return () -> {            if (era.hasCup()) {                return person.drinkCoffee();            }            return String.format("%s cannot drink, because there is no cup in the era.", person.getName());        };    }    // 工厂方法创建复杂对象    @NotNull    public static Person stoneAgeSupportWithNameAndEra(String name, EraEnvironment era) {        DefaultPerson oriPerson = new DefaultPerson(name);        return new StrategicPerson(oriPerson, stoneEraSupport(oriPerson, era));    }}@Valuepublic class StrategicPerson implements Person {    // 使用组合    Person person;    // 支持多种策略,拓展性好    DrinkStrategy drinkStrategy;    @Override    public String drinkCoffee() {        return drinkStrategy.drink();    }    // 除需要更改的方法外，其他实现委托给原 Person. 比较烦的是：需要委托的方法多的话，都要单独编写方法    @Override    public String getName() {        return person.getName();    }    public static void main(String[] args) {        Person eric = Persons.stoneAgeSupportWithNameAndEra("eric", new StoneAge());        System.out.println("eric.drinkCoffee() = " + eric.drinkCoffee());    }}