计算机网络安全——密码学入门-CFANZ编程社区

3.1 设计原则概述

设计模式中主要有六大设计原则，简称为SOLID ，是由于各个原则的首字母简称合并的来(两个L算一个,solid 稳定的)，六大设计原则分别如下：

1、单一职责原则（Single Responsibitity Principle）

2、开放封闭原则（Open Close Principle）

3、里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）

4、接口分离原则（Interface Segregation Principle）

5、依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle）

6、迪米特法则（Law Of Demter）

软件开发中我们要基于这六个原则,设计建立稳定、灵活、健壮的程序.

3.2 单一职责原则

3.2.1 官方定义

单一职责原则，英文缩写SRP，全称 Single Responsibility Principle。

在<<架构整洁之道>>一书中关于这个原则的英文描述是这样的：A class or module should have a single responsibility 。如果我们把它翻译成中文，那就是**：一个类或者模块只负责完成一个职责（或者功能）**。

3.2.2 通俗解释

单一职责原则的定义描述非常简单，也不难理解。一个类只负责完成一个职责或者功能。

也就是说在类的设计中我们不要设计大而全的类,而是要设计粒度小、功能单一的类.

3.2.3 场景示例

那么该如何判断一个类的职责是否单一 ?

我们来看下面这个例子:

在一个社交媒体产品中,我们使用UserInfo去记录用户的信息,包括如下的属性.

在这里插入图片描述

请问上面的UserInfo类是否满足单一职责原则呢 ?

观点1: 满足,因为记录的都是跟用户相关的信息
观点2: 不满足,因为地址信息应该被拆分出来,单独放到地址表中保存.

正确答案: 根据实际业务场景选择是否拆分

该社交产品的有用户信息只是用来展示的,那么这个类这样设计就没有问题
假设后面这个社交产品又添加了电商模块, 那就需要将地址信息提取出来,单独设计一个类

**总结: 不同的应用场景、不同阶段的需求背景下，对同一个类的职责是否单一的判定，可能都是不一样的,最好的方式就是: **

如何判断一个类的职责是否单一?

这里没有一个具体的金科玉律，但从实际代码开发经验上，有一些可执行性的侧面判断指标，可供参考：

类中的代码行数、函数、或者属性过多；
类依赖的其他类过多
私有方法过多
类中大量的方法都是集中操作类中的几个属性

3.3 开闭原则

3.3.1 官方定义

一般认为最早提出开闭原则（Open-Close Principle，OCP）的是伯特兰·迈耶。他在1988 年发表的《面向对象软件构造》中给出的。在面向对象编程领域中，

开闭原则规定软件中的对象、类、模块和函数对扩展应该是开放的，但对于修改是封闭的。这意味着应该用抽象定义结构，用具体实现扩展细节，以此确保软件系统开发和维护过程的可靠性。

3.3.2 通俗解释

定义：对扩展开放，对修改关闭

优点：

新老逻辑解耦，需求发生改变不会影响老业务的逻辑
改动成本最小，只需要追加新逻辑，不需要改的老逻辑
提供代码的稳定性和可扩展性

3.3.3 场景示例

系统A与系统B之间进行数据传输使用的是427版本的协议，一年以后对427版本的协议进行了修正。

设计时应该考虑的数据传输协议的可变性，抽象出具有报文解译、编制、校验等所有版本协议使用的通用方法，调用方针对接口进行编程即可，如上述示例设计类图如下

调用方依赖于报文接口，报文接口是稳定的，而不针对具体的427协议或427修正协议。利用接口多态技术，实现了开闭原则。

顶层设计思维

抽象意识
封装意识
扩展意识

3.4 里氏替换原则

3.4.1 官方定义

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）是由麻省理工学院计算机科学系教授芭芭拉·利斯科夫于 1987 年在“面向对象技术的高峰会议”（OOPSLA）上发表的一篇论文《数据抽象和层次》（Data Abstractionand Hierarchy）里提出的.

她在论文中提到：如果S是T的子类型，对于S类型的任意对象，如果将他们看作是T类型的对象，则对象的行为也理应与期望的行为一致。

3.4.2 通俗解释

如何理解里氏替换原则？

要理解里氏替换原则，其实就是要理解两个问题：

什么是替换？
什么是与期望行为一致的替换（Robert Martin所说的“必须能够替换”）？

1 ) 什么是替换 ?

替换的前提是面向对象语言所支持的多态特性，同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。

2 ) 什么是与期望行为一致的替换？

在不了解派生类的情况下，仅通过接口或基类的方法，即可清楚的知道方法的行为，而不管哪种派生类的实现，都与接口或基类方法的期望行为一致。

3.4.3 场景示例

里氏替换原则要求我们在编码时使用基类或接口去定义对象变量，使用时可以由具体实现对象进行赋值，实现变化的多样性，完成代码对修改的封闭，扩展的开放。

比如在一个商城项目中, 定义结算接口Istrategy，该接口有三个具体实现类，分别为 PromotionalStrategy （满减活动，两百以上百八折）、RebateStrategy （打折活动）、 ReduceStrategy（返现活动）

public interface Istrategy {
    public double realPrice(double consumePrice);
}

public class PromotionalStrategy implements Istrategy {
    public double realPrice(double consumePrice) {
        if (consumePrice > 200) {
            return 200 + (consumePrice - 200) * 0.8;
        } else {
            return consumePrice;
        }
    }
}
public class RebateStrategy implements Istrategy {
    private final double rate;
    public RebateStrategy() {
        this.rate = 0.8;
    }
    public double realPrice(double consumePrice) {
        return consumePrice * this.rate;
    }
}
public class ReduceStrategy implements Istrategy {
    public double realPrice(double consumePrice) {
        if (consumePrice >= 1000) {
            return consumePrice - 200;
        } else {
            return consumePrice;
        }
    }
}

调用方为Context，在此类中使用接口定义了一个对象。

public class Context {
    //使用基类定义对象变量
    private Istrategy strategy;
    // 注入当前活动使用的具体对象
    public void setStrategy(Istrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }
    // 计算并返回费用
    public double cul(double consumePrice) {
        // 使用具体商品促销策略获得实际消费金额
        double realPrice = this.strategy.realPrice(consumePrice);
        // 格式化保留小数点后1位，即：精确到角
        BigDecimal bd = new BigDecimal(realPrice);
        bd = bd.setScale(1, BigDecimal.ROUND_DOWN);
        return bd.doubleValue();
    }
}

Context 中代码使用接口定义对象变量，这个对象变量可以是实现了lStrategy接口的PromotionalStrategy、RebateStrategy 、 ReduceStrategy任意一个。

里氏代换原则与多态的区别 ?

里氏替换原则和依赖倒置原则，构成了面向接口编程的基础，正因为里氏替换原则，才使得程序呈现多样性。

3.5 接口隔离原则

3.5.1 官方定义

<<代码整洁之道>>作者罗伯特 C·马丁 为 “接口隔离原则” 的定义是：客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法（Clients should not be forced to depend on methods they do not use）。

该原则还有另外一个定义：一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上

3.5.2 通俗解释

上面两个定义的含义用一句话概括就是：要为各个类建立它们需要的专用接口，而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。

接口隔离原则与单一职责原则的区别

接口隔离原则和单一职责都是为了提高类的内聚性、降低它们之间的耦合性，体现了封装的思想，但两者是不同的：

单一职责原则注重的是职责，而接口隔离原则注重的是对接口依赖的隔离。
单一职责原则主要是约束类，它针对的是程序中的实现和细节；接口隔离原则主要约束接口，主要针对抽象和程序整体框架的构建。

3.5.3 场景示例

微服务用户系统提供了一组跟用户相关的 API 给其他系统使用，比如：注册、登录、获取用户信息等。

在这里插入图片描述

public interface UserService {
    boolean register(String cellphone, String password);
    boolean login(String cellphone, String password);
    UserInfo getUserInfoById(long id);
    UserInfo getUserInfoByCellphone(String cellphone);
}

public class UserServiceImpl implements UserService {
		//...
}

需求: 后台管理系统要实现删除用户的功能，希望用户系统提供一个删除用户的接口,应该如何设计这个接口(假设这里我们不去考虑使用鉴权框架).

方案1: 直接在UserService接口中添加一个删除用户的接口
方案2: 遵照接口隔离原则,为依赖接口的类定制服务。只提供调用者需要的方法，屏蔽不需要的方法。

将删除接口单独放到另外一个接口 RestrictedUserService 中, 然后将 RestrictedUserService 只打包提供给后台管理系统来使用。

public interface UserService {
    boolean register(String cellphone, String password);
    boolean login(String cellphone, String password);
    UserInfo getUserInfoById(long id);
    UserInfo getUserInfoByCellphone(String cellphone);
}

public interface RestrictedUserService {
 boolean deleteUserByCellphone(String cellphone);
 boolean deleteUserById(long id);
}

public class UserServiceImpl implements UserService, RestrictedUserService {
		//...
}

遵循接口隔离原则的优势

将臃肿庞大的接口分解为多个粒度小的接口，可以预防外来变更的扩散，提高系统的灵活性和可维护性。
使用多个专门的接口还能够体现对象的层次，因为可以通过接口的继承，实现对总接口的定义。
能减少项目工程中的代码冗余。过大的大接口里面通常放置许多不用的方法，当实现这个接口的时候，被迫设计冗余的代码.

3.6 依赖倒置原则

3.6.1 官方定义

依赖倒置原则是Robert C.Martin于1996年在C++Report上发表的文章中提出的。

High level modules should not depend upon low level modules. Both should depend upon abstractions.
Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions

依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle，DIP）是指在设计代码架构时，高层模块不应该依赖于底层模块，二者都应该依赖于抽象。抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。

3.6.2 通俗解释

依赖倒置原则是实现开闭原则的重要途径之一，它降低了客户与实现模块之间的耦合。

传统的自定向下的设计

在这里插入图片描述

依赖倒置原则

3.6.3 场景示例

假设我们现在要组装一台电脑,需要的配件有 cpu，硬盘，内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常的运行。选择cpu有很多选择，如Intel，AMD等，硬盘可以选择希捷，西数等，内存条可以选择金士顿，海盗船等。

代码如下：

希捷硬盘类（XiJieHardDisk）:

public class XiJieHardDisk implements HardDisk {

    public void save(String data) {
        System.out.println("使用希捷硬盘存储数据" + data);
    }

    public String get() {
        System.out.println("使用希捷希捷硬盘取数据");
        return "数据";
    }
}

Intel处理器（IntelCpu）：

public class IntelCpu implements Cpu {

    public void run() {
        System.out.println("使用Intel处理器");
    }
}

金士顿内存条（KingstonMemory）：

public class KingstonMemory implements Memory {

    public void save() {
        System.out.println("使用金士顿作为内存条");
    }
}

电脑（Computer）：

public class Computer {

    private XiJieHardDisk hardDisk;
    private IntelCpu cpu;
    private KingstonMemory memory;

    public IntelCpu getCpu() {
        return cpu;
    }

    public void setCpu(IntelCpu cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }

    public KingstonMemory getMemory() {
        return memory;
    }

    public void setMemory(KingstonMemory memory) {
        this.memory = memory;
    }

    public XiJieHardDisk getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

    public void setHardDisk(XiJieHardDisk hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    public void run() {
        System.out.println("计算机工作");
        cpu.run();
        memory.save();
        String data = hardDisk.get();
        System.out.println("从硬盘中获取的数据为：" + data);
    }
}

测试类（TestComputer）：

测试类用来组装电脑。

public class TestComputer {
    public static void main(String[] args) {
        Computer computer = new Computer();
        computer.setHardDisk(new XiJieHardDisk());
        computer.setCpu(new IntelCpu());
        computer.setMemory(new KingstonMemory());

        computer.run();
    }
}

上面代码可以看到已经组装了一台电脑，但是似乎组装的电脑的cpu只能是Intel的，内存条只能是金士顿的，硬盘只能是希捷的，这对用户肯定是不友好的，用户有了机箱肯定是想按照自己的喜好，选择自己喜欢的配件。

根据依赖倒转原则进行改进：

代码我们需要修改Computer类，让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖于各个组件具体的实现类。

类图如下：

电脑（Computer）：

public class Computer {

    private HardDisk hardDisk;
    private Cpu cpu;
    private Memory memory;
	
    //getter/setter......
    
    public void run() {
        System.out.println("计算机工作");
    }
}

关于依赖倒置、依赖注入、控制反转这三者之间的区别与联系

1 ) 依赖倒置原则

依赖倒置是一种通用的软件设计原则, 主要用来指导框架层面的设计。

2 ) 控制反转

控制反转与依赖倒置有一些相似, 它也是一种框架设计常用的模式,但并不是具体的方法。

3 ) 依赖注入

依赖注入是实现控制反转的一个手段，它是一种具体的编码技巧。

3.7 迪米特法则

3.7.1 官方定义

1987年秋天，迪米特法则由美国Northeastern University的Ian Holland(伊恩霍兰德)提出，被UML的创始者之一Booch(布奇)等人普及。后来，因为经典著作The PragmaticProgrammer <<程序员修炼之道>>而广为人知。

迪米特法则（LoD：Law of Demeter）又叫最少知识原则（LKP：Least Knowledge Principle ），指的是一个类/模块对其他的类/模块有越少的了解越好。简言之：talk only to your immediate friends（只跟你最亲密的朋友交谈），不跟陌生人说话。

3.7.2 通俗解释

大部分设计原则和思想都非常抽象，有各种各样的解读，要想灵活地应用到实际的开发中，需要有实战经验的积累。迪米特法则也不例外。

简单来说迪米特法则想要表达的思想就是: 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。

3.7.3 场景示例

我们一起来看下面这个例子:

明星由于全身心投入艺术，所以许多日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝的见面会，和媒体公司的业务洽淡等。这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则。

在这里插入图片描述

代码如下：

明星类（Star）

public class Star {
    private String name;

    public Star(String name) {
        this.name=name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

粉丝类（Fans）

public class Fans {
    private String name;

    public Fans(String name) {
        this.name=name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

媒体公司类（Company）

public class Company {
    private String name;

    public Company(String name) {
        this.name=name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

经纪人类（Agent）

public class Agent {
    private Star star;
    private Fans fans;
    private Company company;

    public void setStar(Star star) {
        this.star = star;
    }

    public void setFans(Fans fans) {
        this.fans = fans;
    }

    public void setCompany(Company company) {
        this.company = company;
    }

    public void meeting() {
        System.out.println(fans.getName() + "与明星" + star.getName() + "见面了。");
    }

    public void business() {
        System.out.println(company.getName() + "与明星" + star.getName() + "洽淡业务。");
    }
}