设计模式-迪米特法则

“迪米特法则”理论描述

迪米特法则的英文翻译是：Law of Demeter，缩写是 LOD。单从这个名字上来看，我们完全猜不出这个原则讲的是什么。不过，它还有另外一个更加达意的名字，叫作最小知识原则，英文翻译为：The Least Knowledge Principle。

其中文定义如下：

每个模块（unit）只应该了解那些与它关系密切的模块（units: only units “closely” related to the current unit）的有限知识（knowledge）。或者说，每个模块只和自己的朋友“说话”（talk），不和陌生人“说话”（talk）。

我结合我自己的理解和经验，对刚刚的定义重新描述一下。注意，为了统一讲解，我把定义描述中的“模块”替换成了“类”。

不该有直接依赖关系的类之间，不要有依赖；有依赖关系的类之间，尽量只依赖必要的接口（也就是定义中的“有限知识”）。

从上面的描述中，我们可以看出，迪米特法则包含前后两部分，这两部分讲的是两件事情，我用两个实战案例分别来解读一下。

理论解读与代码实战一

我们先来看这条原则中的前半部分，“不该有直接依赖关系的类之间，不要有依赖”。我举个例子解释一下。

这个例子实现了简化版的搜索引擎爬取网页的功能。代码中包含三个主要的类。其中， NetworkTransporter 类负责底层网络通信，根据请求获取数据；HtmlDownloader 类用来通过 URL 获取网页；Document 表示网页文档，后续的网页内容抽取、分词、索引都是以此为处理对象。具体的代码实现如下所示：

public class NetworkTransporter {
    // 省略属性和其他方法...
    public Byte[] send(HtmlRequest htmlRequest) {
        //...
    }
}
public class HtmlDownloader {
    private NetworkTransporter transporter;// 通过构造函数或 IOC 注入
    public Html downloadHtml(String url) {
        Byte[] rawHtml = transporter.send(new HtmlRequest(url));
        return new Html(rawHtml);
    }
}
public class Document {
    private Html html;
    private String url;
    public Document(String url) {
        this.url = url;
        HtmlDownloader downloader = new HtmlDownloader();
        this.html = downloader.downloadHtml(url);
    }
    //...
}

这段代码虽然“能用”，能实现我们想要的功能，但是它不够“好用”，有比较多的设计缺陷。你可以先试着思考一下，看看都有哪些缺陷，然后再来看我下面的讲解。

首先，我们来看 NetworkTransporter 类。作为一个底层网络通信类，我们希望它的功能尽可能通用，而不只是服务于下载 HTML，所以，我们不应该直接依赖太具体的发送对象 HtmlRequest。从这一点上讲，NetworkTransporter 类的设计违背迪米特法则，依赖了不该有直接依赖关系的 HtmlRequest 类。

我们应该如何进行重构，让 NetworkTransporter 类满足迪米特法则呢？我这里有个形象的比喻。假如你现在要去商店买东西，你肯定不会直接把钱包给收银员，让收银员自己从里面拿钱，而是你从钱包里把钱拿出来交给收银员。这里的 HtmlRequest 对象就相当于钱包，HtmlRequest 里的 address 和 content 对象就相当于钱。我们应该把 address 和 content 交给 NetworkTransporter，而非是直接把 HtmlRequest 交给 NetworkTransporter。根据这个思路，NetworkTransporter 重构之后的代码如下所示：

public class NetworkTransporter {
    // 省略属性和其他方法...
    public Byte[] send(String address, Byte[] data) {
        //...
    }
}

我们再来看 HtmlDownloader 类。这个类的设计没有问题。不过，我们修改了 NetworkTransporter 的 send() 函数的定义，而这个类用到了 send() 函数，所以我们需要对它做相应的修改，修改后的代码如下所示：

public class HtmlDownloader {
    private NetworkTransporter transporter;// 通过构造函数或 IOC 注入
    // HtmlDownloader 这里也要有相应的修改
    public Html downloadHtml(String url) {
        HtmlRequest htmlRequest = new HtmlRequest(url);
        Byte[] rawHtml = transporter.send(htmlRequest.getAddress(), htmlRequest.getContent().getBytes());
        return new Html(rawHtml);
    }
}

最后，我们来看下 Document 类。这个类的问题比较多，主要有三点。第一，构造函数中的 downloader.downloadHtml() 逻辑复杂，耗时长，不应该放到构造函数中，会影响代码的可测试性。代码的可测试性我们后面会讲到，这里你先知道有这回事就可以了。第二， HtmlDownloader 对象在构造函数中通过 new 来创建，违反了基于接口而非实现编程的设计思想，也会影响到代码的可测试性。第三，从业务含义上来讲，Document 网页文档没必要依赖 HtmlDownloader 类，违背了迪米特法则。

虽然 Document 类的问题很多，但修改起来比较简单，只要一处改动就可以解决所有问题。修改之后的代码如下所示：

public class Document {
    private Html html;
    private String url;
    public Document(String url, Html html) {
        this.html = html;
        this.url = url;
    }
    //...
}
// 通过一个工厂方法来创建 Document
public class DocumentFactory {
    private HtmlDownloader downloader;
    public DocumentFactory(HtmlDownloader downloader) {
        this.downloader = downloader;
    }
    public Document createDocument(String url) {
        Html html = downloader.downloadHtml(url);
        return new Document(url, html);
    }
}

理论解读与代码实战二

现在，我们再来看一下这条原则中的后半部分：“有依赖关系的类之间，尽量只依赖必要的接口”。我们还是结合一个例子来讲解。下面这段代码非常简单，Serialization 类负责对象的序列化和反序列化。

public class Serialization {
    public String serialize(Object object) {
        String serializedResult = ...;
        //...
        return serializedResult;
    }
    public Object deserialize(String str) {
        Object deserializedResult = ...;
        //...
        return deserializedResult;
    }
}

单看这个类的设计，没有一点问题。不过，如果我们把它放到一定的应用场景里，那就还有继续优化的空间。假设在我们的项目中，有些类只用到了序列化操作，而另一些类只用到反序列化操作。那基于迪米特法则后半部分“有依赖关系的类之间，尽量只依赖必要的接口”，只用到序列化操作的那部分类不应该依赖反序列化接口。同理，只用到反序列化操作的那部分类不应该依赖序列化接口。

根据这个思路，我们应该将 Serialization 类拆分为两个更小粒度的类，一个只负责序列化（Serializer 类），一个只负责反序列化（Deserializer 类）。拆分之后，使用序列化操作的类只需要依赖 Serializer 类，使用反序列化操作的类只需要依赖 Deserializer 类。拆分之后的代码如下所示：

public class Serializer {
    public String serialize(Object object) {
        String serializedResult = ...;
        // ...
        return serializedResult;
    }
}
public class Deserializer {
    public Object deserialize(String str) {
        Object deserializedResult = ...;
        // ...
        return deserializedResult;
    }
}

不知道你有没有看出来，尽管拆分之后的代码更能满足迪米特法则，但却违背了高内聚的设计思想。高内聚要求相近的功能要放到同一个类中，这样可以方便功能修改的时候，修改的地方不至于过于分散。对于刚刚这个例子来说，如果我们修改了序列化的实现方式，比如从 JSON 换成了 XML，那反序列化的实现逻辑也需要一并修改。在未拆分的情况下，我们只需要修改一个类即可。在拆分之后，我们需要修改两个类。显然，这种设计思路的代码改动范围变大了。如果我们既不想违背高内聚的设计思想，也不想违背迪米特法则，那我们该如何解决这个问题呢？实际上，通过引入两个接口就能轻松解决这个问题，具体的代码如下所示。

public interface Serializable {
    String serialize(Object object);
}
public interface Deserializable {
    Object deserialize(String text);
}
public class Serialization implements Serializable, Deserializable {
    @Override
    public String serialize(Object object) {
        String serializedResult = ...;
        // ...
        return serializedResult;
    }
    @Override
    public Object deserialize(String str) {
        Object deserializedResult = ...;
        //...
        return deserializedResult;
    }
}
public class DemoClass_1 {
    private Serializable serializer;
    public Demo(Serializable serializer) {
        this.serializer = serializer;
    }
    //...
}
public class DemoClass_2 {
    private Deserializable deserializer;
    public Demo(Deserializable deserializer) {
        this.deserializer = deserializer;
    }
    //...
}

尽管我们还是要往 DemoClass_1 的构造函数中，传入包含序列化和反序列化的 Serialization 实现类，但是，我们依赖的 Serializable 接口只包含序列化操作， DemoClass_1 无法使用 Serialization 类中的反序列化接口，对反序列化操作无感知，这也就符合了迪米特法则后半部分所说的“依赖有限接口”的要求。

辩证思考与灵活应用

对于实战二最终的设计思路，你有没有什么不同的观点呢？

整个类只包含序列化和反序列化两个操作，只用到序列化操作的使用者，即便能够感知到仅有的一个反序列化函数，问题也不大。那为了满足迪米特法则，我们将一个非常简单的类，拆分出两个接口，是否有点过度设计的意思呢？

设计原则本身没有对错，只有能否用对之说。不要为了应用设计原则而应用设计原则，我们在应用设计原则的时候，一定要具体问题具体分析。

对于刚刚这个 Serialization 类来说，只包含两个操作，确实没有太大必要拆分成两个接口。但是，如果我们对 Serialization 类添加更多的功能，实现更多更好用的序列化、反序列化函数，我们来重新考虑一下这个问题。修改之后的具体的代码如下：

public class Serializer { // 参看 JSON 的接口定义
    public String serialize(Object object) { //... }
    public String serializeMap(Map map) { //... }
    public String serializeList(List list) { //... }
    public Object deserialize(String objectString) { //... }
    public Map deserializeMap(String mapString) { //... }
    public List deserializeList(String listString) { //... }
}

在这种场景下，第二种设计思路要更好些。因为基于之前的应用场景来说，大部分代码只需要用到序列化的功能。对于这部分使用者，没必要了解反序列化的“知识”，而修改之后的 Serialization 类，反序列化的“知识”，从一个函数变成了三个。一旦任一反序列化操作有代码改动，我们都需要检查、测试所有依赖 Serialization 类的代码是否还能正常工作。为了减少耦合和测试工作量，我们应该按照迪米特法则，将反序列化和序列化的功能隔离开来。