1. Software Design 软件设计

1. “需求“定义了 Requirements defines
   1. 系统需要满足的目标。The goals the system needs to satisfy.
   2. 用户需求指出了目标，比如在线会议的应用目标是希望能够看到开会人员、听到声音和共享屏幕等等。
2. “规约“定义了 Specification defines
   1. 系统的外部可观察行为。The externally-observable behaviour of the system.
3. “架构“定义了 Architecture defines
   1. 系统一级的主要组成部分 The major system-level components
   2. 各部分的互动方式 Their methods of interaction
   3. 使用的技术 Technology used
   4. 比如在线会议软件，需要前端部分、操作系统调用功能部分、 络部分以及部分之间如何联系，使用什么技术
4. “设计“定义了 Design defines
   1. 如何完成任务 how the job will get done
   2. 需要写的代码 The code that needs to be written.
   3. 我们将专门关注OO设计 We will focus exclusively on OO design.

2. 面向对象设计 Object Oriented Design

1. 将实现的约束条件应用到面向对象分析所产生的概念模型的过程 The process of applying implementation constraints to the conceptual model produced in object-oriented analysis.
   1. 概念模型可以对应到问题域，比如数据库、文件、用户界面和算法等等
   2. 添加上约束条件，比如性能约束、应对变化的需求(算法需要多种不同版本的实现)
   3. 我们更关心如何将这些约束条件应用到OO所产生的概念模型的过程，是一个问题驱动的。
2. 用方法和属性来描述用于构成系统的类 describing the classes we will build our system out of in terms of their operations and attributes.
3. 添加不明显属于领域的类，比如抽象类和接口(概念模型上已经存在一些类，而这些类是属于领域的) Adding classes that aren’t obviously part of the domain, like abstract classes and interfaces
4. 描述类是如何构成组件的 Describing how classes make up components.

3. OOA、OOD和OOP

3.1. OOD适合的地方 Where OOD Fits

3.4. 经验从何而来

1. 经验丰富的设计师看到同样的老问题一次又一次的出现 Seasoned designers see the same old problems come up again and again:
   1. 如何设计我的第五个用户界面的类 how to design the classes for my 5th user interface
   2. 如何第三次设计支持持久化到数据库的类 how to design the classes to support persistence to a database for the 3rd time
   3. 如何组织班级进行第五次汇 工作 how to organize classes for reporting for the 5th time
2. 每次遇到类似的问题，设计师一般都会从之前行之有效的东西入手 Each time a similar problem comes up, designers will typically start with something that has worked for them before
   1. 但通常会体会到上一次他们可以做得更好 but then usually add a wrinkle inspired by something they could have done better the last time
   2. 技术在我们脚下不断变化，所以我们的设计经验很快就被淘汰了 Technology keeps changing under our feet, and so our design experience is quickly made obsolete(3-5 year half-life)
   3. 但设计原则以及一些经典的设计经验不会褪色

4. 本节内容

设计模式是设计原则的体现

4.1. 面向对象设计原则概述

1. 知名软件大师Robert C.Martin认为一个可维护性 (Maintainability) 较低的软件设计，通常由于如下4个原因造成：
   1. 过于僵硬(Rigidity)：硬编码等 TODO
   2. 过于脆弱(Fragility)：软件一个部分的修改会影响另一个未预期的部分
   3. 复用率低(Immobility)：期望类和子系统可以作为黑盒使用
   4. 黏度过高(Viscosity)：在架构层面上，如果修改时需要修改整体的架构
   5. 降低模块(类)之间的耦合度，希望达成可复用的可维护性
2. 软件工程和建模大师Peter Coad认为，一个好的系统设计应该具备如下三个性质：
   1. 可扩展性(Extensibility)
   2. 灵活性(Flexibility)
   3. 可插入性(Pluggability)

4.2. 软件的可维护性和可复用性

1. 软件的复用(Reuse)或重用拥有众多优点，如可以提高软件的开发效率，提高软件质量，节约开发成本，恰当的复用还可以改善系统的可维护性。
   1. 部分复用会破坏系统的可维护性，A和B修改C，如果A需要C多提供一个行为，但是B不需要则会出现问题。
   2. 可维护性和可维护性虽然有共性，但是是独立的属性。
2. 面向对象设计复用的目标在于实现支持可维护性的复用。
3. 在面向对象的设计里面，可维护性复用都是以面向对象设计原则为基础的，这些设计原则首先都是复用的原则，遵循这些设计原则可以有效地提高系统的复用性，同时提高系统的可维护性。
4. 面向对象设计原则也是对系统进行合理重构的指南针，重构(Refactoring)是在不改变软件现有功能的基础上，通过调整程序代码改善软件的质量、性能，使其程序的设计模式和架构更趋合理，提高软件的扩展性和维护性。

5. 面向对象设计原则简介

1. 常用的面向对象设计原则包括7个，这些原则并不是孤立存在的，它们相互依赖，相互补充。
2. 原则之间也会有相互的作用

2. 现使用单一职责原则对其进行重构
   1. 我们将login类拆分成了三个类
   2. 使用分层的方式修改

1. 现对该系统进行重构，使之满足开闭原则的要求：尝试将代码变为数据(配置文件，Config.xml)，结合Java的反射机制来完成

2. 也可以为CipherA和CipherB设计一个共同的父类，下面是指CipherB是在CipherA的基础上加密。

5.4.4. 依赖倒转原则

5.5. 接口隔离原则

5.5.1. 接口隔离原则定义

1. 接口隔离原则(Interface Segregation Principle, ISP)的定义如下：客户端不应该依赖那些它不需要的接口。
2. 其英文定义为：Clients should not be forced to depend upon interfaces that they do not use.
3. 注意，在该定义中的接口指的是所定义的方法。
4. 另一种定义方法如下：一旦一个接口太大，则需要将它分割成一些更细小的接口，使用该接口的客户端仅需知道与之相关的方法即可。
   其英文定义为：Once an interface has gotten too ‘fat’ it needs to be split into smaller and more specific interfaces so that any clients of the interface will only know about the methods that pertain to them.

5.5.2. 接口隔离原则分析

1. 接口隔离原则是指使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口。每一个接口应该承担一种相对独立的角色，不多不少，不干不该干的事，该干的事都要干。
   1. 一个接口就只代表一个角色，每个角色都有它特定的一个接口，此时这个原则可以叫做”角色隔离原则”。
   2. 接口仅仅提供客户端需要的行为，即所需的方法，客户端不需要的行为则隐藏起来，应当为客户端提供尽可能小的单独的接口，而不要提供大的总接口。
2. 使用接口隔离原则拆分接口时，首先必须满足单一职责原则，将一组相关的操作定义在一个接口中，且在满足高内聚的前提下，接口中的方法越少越好。
3. 可以在进行系统设计时采用定制服务的方式，即为不同的客户端提供宽窄不同的接口，只提供用户需要的行为，而隐藏用户不需要的行为。

5.5.3. 接口隔离原则实例

1. 下图展示了一个拥有多个客户类的系统，在系统中定义了一个巨大的接口（胖接口）AbstractService来服务所有的客户类。可以使用接口隔离原则对其进行重构。

5.6. 合成复用原则

5.6.1. 合成复用原则定义

1. 合成复用原则(Composite Reuse Principle, CRP)又称为组合/聚合复用原则(Composition/ Aggregate Reuse Principle,CARP)
2. 其定义如下：尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的。
3. 其英文定义为：Favor composition of objects over inheritance as a reuse mechanism.
4. 聚合和组合的区别
   1. 聚合是独立的，组合局部不能离开总体(往往只属于一个组合对象，组合关系更强)。
   2. 聚合是空心菱形箭头，组合是实心菱形箭头

5.6.2. 合成复用原则分析

1. 合成复用原则就是指在一个新的对象里通过关联关系（包括组合关系和聚合关系）来使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分；新对象通过委派调用已有对象的方法达到复用其已有功能的目的。简言之：要尽量使用组合/聚合关系，少用继承。
2. 在面向对象设计中，可以通过两种基本方法在不同的环境中复用已有的设计和实现，即通过组合/聚合关系或通过继承。
   1. 继承复用：实现简单，易于扩展。破坏系统的封装性；从基类继承而来的实现是静态的，不可能在运行时发生改变，没有足够的灵活性；只能在有限的环境中使用。（”白箱“复用）
   2. 组合/聚合复用：耦合度相对较低，选择性地调用成员对象的操作；可以在运行时动态进行。（”黑箱“复用）
3. 组合/聚合可以使系统更加灵活，类与类之间的耦合度降低，一个类的变化对其他类造成的影响相对较少，因此一般首选使用组合/聚合来实现复用；其次才考虑继承，在使用继承时，需要严格遵循里氏代换原则，有效使用继承会有助于对问题的理解，降低复杂度，而滥用继承反而会增加系统构建和维护的难度以及系统的复杂度，因此需要慎重使用继承复用。

5.6.3. 合成复用原则实例

1. 某教学管理系统部分数据库访问类设计如图所示：

5.7. 迪米特法则

5.7.1. 迪米特法则定义

1. 迪米特法则(Law of Demeter, LoD)又称为最少知识原则(Least Knowledge Principle, LKP)，它有多种定义方法，其中几种典型定义如下：
   1. 不要和”陌生人”说话。英文定义为：Don’t talk to strangers.
   2. 只与你的直接朋友通信。英文定义为：Talk only to your immediate friends.
   3. 每一个软件单位对其他的单位都只有最少的知识，而且局限于那些与本单位密切相关的软件单位。英文定义为：Each unit should have only limited knowledge about other units: only units “closely” related to the current unit.

5.7.2. 迪米特法则分析

1. 迪米特法则来自于1987年秋美国东北大学(Northeastern University)一个名为”Demeter”的研究项目。
2. 简单地说，迪米特法则就是指一个软件实体应当尽可能少的与其他实体发生相互作用。这样，当一个模块修改时，就会尽量少的影响其他的模块，扩展会相对容易，这是对软件实体之间通信的限制，它要求限制软件实体之间通信的宽度和深度。
3. 在迪米特法则中，对于一个对象，其朋友包括以下几类：
   1. 当前对象本身(this)
   2. 以参数形式传入到当前对象方法中的对象
   3. 当前对象的成员对象
   4. 如果当前对象的成员对象是一个集合，那么集合中的元素也都是朋友
   5. 当前对象所创建的对象。
4. 任何一个对象，如果满足上面的条件之一，就是当前对象的”朋友”，否则就是”陌生人”。
5. 迪米特法则可分为狭义法则和广义法则。在狭义的迪米特法则中，如果两个类之间不必彼此直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作用，如果其中的一个类需要调用另一个类的某一个方法的话，可以通过第三者转发这个调用。下图中，只允许A调用B对象的方法，但是不能调用C对象的方法(但是我们可以通过在B中添加一个Wrapper方法来间接调用C)

5.8. 思考

1. 在JDK 中，java.util.Stack是java.util.Vector类的子类，该设计合理吗合理，请分析解释该设计存在的问题。
2. 违反LSP(里式代换原则)和合成复用

6. 小结

1. 对于面向对象的软件系统设计来说，在支持可维护性的同时，需要提高系统的可复用性。
2. 软件的复用可以提高软件的开发效率，提高软件质量，节约开发成本，恰当的复用还可以改善系统的可维护性。
3. 单一职责原则要求在软件系统中，一个类只负责一个功能领域中的相应职责。
4. 开闭原则要求一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭，即在不修改源代码的基础上扩展一个系统的行为。
5. 里氏代换原则可以通俗表述为在软件中如果能够使用基类对象，那么一定能够使用其子类对象。