单一职责原则

Weiser2022年6月11日
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单一职责原则

如何理解单一职责原则(SRP)?

文章的开头我们提到了 SOLID 原则,实际上,SOLID 原则并非单纯的 1 个原则,而是由 5 个设计原则组成的,它们分别是:单一职责原则、开闭原则、里式替换原则、接口隔离原则和依赖反转原则,依次对应 SOLID 中的 S、O、L、I、D 这 5 个英文字母。我们今天要学习的是 SOLID 原则中的第一个原则:单一职责原则。

单一职责原则的英文是 Single Responsibility Principle,缩写为 SRP。这个原则的英文描述是这样的:A class or module should have a single reponsibility。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)。

注意,这个原则描述的对象包含两个,一个是类(class),一个是模块(module)。关于这两个概念,在专栏中,有两种理解方式。一种理解是:把模块看作比类更加抽象的概念,类也可以看作模块。另一种理解是:把模块看作比类更加粗粒度的代码块,模块中包含多个类,多个类组成一个模块。

不管哪种理解方式,单一职责原则在应用到这两个描述对象的时候,道理都是相通的。为了方便你理解,接下来我只从“类”设计的角度,来讲解如何应用这个设计原则。对于“模块”来说,你可以自行引申。

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,不要设计大而全的类,要设计粒度小、功能单一的类。换个角度来讲就是,一个类包含了两个或者两个以上业务不相干的功能,那我们就说它职责不够单一,应该将它拆分成多个功能更加单一、粒度更细的类。

我举一个例子来解释一下。比如,一个类里既包含订单的一些操作,又包含用户的一些操作。而订单和用户是两个独立的业务领域模型,我们将两个不相干的功能放到同一个类中,那就违反了单一职责原则。为了满足单一职责原则,我们需要将这个类拆分成两个粒度更细、功能更加单一的两个类:订单类和用户类。

如何判断类的职责是否足够单一?

从刚刚这个例子来看,单一职责原则看似不难应用。那是因为我举的这个例子比较极端,一眼就能看出订单和用户毫不相干。但大部分情况下,类里的方法是归为同一类功能,还是归为不相关的两类功能,并不是那么容易判定的。在真实的软件开发中,对于一个类是否职责单一的判定,是很难拿捏的。我举一个更加贴近实际的例子来给你解释一下。

在一个社交产品中,我们用下面的 UserInfo 类来记录用户的信息。你觉得,UserInfo 类的设计是否满足单一职责原则呢?

public class UserInfo {
  private long userId;
  private String username;
  private String email;
  private String telephone;
  private long createTime;
  private long lastLoginTime;
  private String avatarUrl;
  private String provinceOfAddress; // 省
  private String cityOfAddress; // 市
  private String regionOfAddress; // 区 
  private String detailedAddress; // 详细地址
  // ... 省略其他属性和方法...
}

对于这个问题,有两种不同的观点。一种观点是,UserInfo 类包含的都是跟用户相关的信息,所有的属性和方法都隶属于用户这样一个业务模型,满足单一职责原则;另一种观点是,地址信息在 UserInfo 类中,所占的比重比较高,可以继续拆分成独立的 UserAddress 类,UserInfo 只保留除 Address 之外的其他信息,拆分之后的两个类的职责更加单一。

哪种观点更对呢?实际上,要从中做出选择,我们不能脱离具体的应用场景。如果在这个社交产品中,用户的地址信息跟其他信息一样,只是单纯地用来展示,那 UserInfo 现在的设计就是合理的。但是,如果这个社交产品发展得比较好,之后又在产品中添加了电商的模块,用户的地址信息还会用在电商物流中,那我们最好将地址信息从 UserInfo 中拆分出来,独立成用户物流信息(或者叫地址信息、收货信息等)。

我们再进一步延伸一下。如果做这个社交产品的公司发展得越来越好,公司内部又开发出了跟多其他产品(可以理解为其他 App)。公司希望支持统一账号系统,也就是用户一个账号可以在公司内部的所有产品中登录。这个时候,我们就需要继续对 UserInfo 进行拆分,将跟身份认证相关的信息(比如,email、telephone 等)抽取成独立的类。

从刚刚这个例子,我们可以总结出,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。在某种应用场景或者当下的需求背景下,一个类的设计可能已经满足单一职责原则了,但如果换个应用场景或着在未来的某个需求背景下,可能就不满足了,需要继续拆分成粒度更细的类。

除此之外,从不同的业务层面去看待同一个类的设计,对类是否职责单一,也会有不同的认识。比如,例子中的 UserInfo 类。如果我们从“用户”这个业务层面来看,UserInfo 包含的信息都属于用户,满足职责单一原则。如果我们从更加细分的“用户展示信息”“地址信息”“登录认证信息”等等这些更细粒度的业务层面来看,那 UserInfo 就应该继续拆分。

综上所述,评价一个类的职责是否足够单一,我们并没有一个非常明确的、可以量化的标准,可以说,这是件非常主观、仁者见仁智者见智的事情。实际上,在真正的软件开发中,我们也没必要过于未雨绸缪,过度设计。所以,我们可以先写一个粗粒度的类,满足业务需求。随着业务的发展,如果粗粒度的类越来越庞大,代码越来越多,这个时候,我们就可以将这个粗粒度的类,拆分成几个更细粒度的类。这就是所谓的持续重构(后面的章节中我们会讲到)。

听到这里,你可能会说,这个原则如此含糊不清、模棱两可,到底该如何拿捏才好啊?我这里还有一些小技巧,能够很好地帮你,从侧面上判定一个类的职责是否够单一。而且,我个人觉得,下面这几条判断原则,比起很主观地去思考类是否职责单一,要更有指导意义、更具有可执行性:

  • 类中的代码行数、函数或属性过多,会影响代码的可读性和可维护性,我们就需要考虑对类进行拆分;

  • 类依赖的其他类过多,或者依赖类的其他类过多,不符合高内聚、低耦合的设计思想,我们就需要考虑对类进行拆分;

  • 私有方法过多,我们就要考虑能否将私有方法独立到新的类中,设置为 public 方法,供更多的类使用,从而提高代码的复用性;

  • 比较难给类起一个合适名字,很难用一个业务名词概括,或者只能用一些笼统的 Manager、Context 之类的词语来命名,这就说明类的职责定义得可能不够清晰;

  • 类中大量的方法都是集中操作类中的某几个属性,比如,在 UserInfo 例子中,如果一半的方法都是在操作 address 信息,那就可以考虑将这几个属性和对应的方法拆分出来。

不过,你可能还会有这样的疑问:在上面的判定原则中,我提到类中的代码行数、函数或者属性过多,就有可能不满足单一职责原则。那多少行代码才算是行数过多呢?多少个函数、属性才称得上过多呢?

比较初级的工程师经常会问这类问题。实际上,这个问题并不好定量地回答,就像你问大厨“放盐少许”中的“少许”是多少,大厨也很难告诉你一个特别具体的量值。

如果继续深究一下的话,你可能还会说,一些菜谱确实给出了,做某某菜需要放多少克盐,放多少克油的具体量值啊。我想说的是,那是给家庭主妇用的,那不是给专业的大厨看的。类比一下做饭,如果你是没有太多项目经验的编程初学者,实际上,我也可以给你一个凑活能用、比较宽泛的、可量化的标准,那就是一个类的代码行数最好不能超过 200 行,函数个数及属性个数都最好不要超过 10 个。

实际上, 从另一个角度来看,当一个类的代码,读起来让你头大了,实现某个功能时不知道该用哪个函数了,想用哪个函数翻半天都找不到了,只用到一个小功能要引入整个类(类中包含很多无关此功能实现的函数)的时候,这就说明类的行数、函数、属性过多了。实际上,等你做多项目了,代码写多了,在开发中慢慢“品尝”,自然就知道什么是“放盐少许”了,这就是所谓的“专业第六感”。

类的职责是否设计得越单一越好?

为了满足单一职责原则,是不是把类拆得越细就越好呢?答案是否定的。我们还是通过一个例子来解释一下。Serialization 类实现了一个简单协议的序列化和反序列功能,具体代码如下:

/**
 * Protocol format: identifier-string;{gson string}
 * For example: UEUEUE;{"a":"A","b":"B"}
 */
public class Serialization {
  private static final String IDENTIFIER_STRING = "UEUEUE;";
  private Gson gson;
  
  public Serialization() {
    this.gson = new Gson();
  }
  
  public String serialize(Map<String, String> object) {
    StringBuilder textBuilder = new StringBuilder();
    textBuilder.append(IDENTIFIER_STRING);
    textBuilder.append(gson.toJson(object));
    return textBuilder.toString();
  }
  
  public Map<String, String> deserialize(String text) {
    if (!text.startsWith(IDENTIFIER_STRING)) {
        return Collections.emptyMap();
    }
    String gsonStr = text.substring(IDENTIFIER_STRING.length());
    return gson.fromJson(gsonStr, Map.class);
  }
}

如果我们想让类的职责更加单一,我们对 Serialization 类进一步拆分,拆分成一个只负责序列化工作的 Serializer 类和另一个只负责反序列化工作的 Deserializer 类。拆分后的具体代码如下所示:

public class Serializer {
  private static final String IDENTIFIER_STRING = "UEUEUE;";
  private Gson gson;
  
  public Serializer() {
    this.gson = new Gson();
  }
  
  public String serialize(Map<String, String> object) {
    StringBuilder textBuilder = new StringBuilder();
    textBuilder.append(IDENTIFIER_STRING);
    textBuilder.append(gson.toJson(object));
    return textBuilder.toString();
  }
}

public class Deserializer {
  private static final String IDENTIFIER_STRING = "UEUEUE;";
  private Gson gson;
  
  public Deserializer() {
    this.gson = new Gson();
  }
  
  public Map<String, String> deserialize(String text) {
    if (!text.startsWith(IDENTIFIER_STRING)) {
        return Collections.emptyMap();
    }
    String gsonStr = text.substring(IDENTIFIER_STRING.length());
    return gson.fromJson(gsonStr, Map.class);
  }
}

虽然经过拆分之后,Serializer 类和 Deserializer 类的职责更加单一了,但也随之带来了新的问题。如果我们修改了协议的格式,数据标识从“UEUEUE”改为“DFDFDF”,或者序列化方式从 JSON 改为了 XML,那 Serializer 类和 Deserializer 类都需要做相应的修改,代码的内聚性显然没有原来 Serialization 高了。而且,如果我们仅仅对 Serializer 类做了协议修改,而忘记了修改 Deserializer 类的代码,那就会导致序列化、反序列化不匹配,程序运行出错,也就是说,拆分之后,代码的可维护性变差了。

实际上,不管是应用设计原则还是设计模式,最终的目的还是提高代码的可读性、可扩展性、复用性、可维护性等。我们在考虑应用某一个设计原则是否合理的时候,也可以以此作为最终的考量标准。

重点回顾

1. 如何理解单一职责原则(SRP)?

一个类只负责完成一个职责或者功能。不要设计大而全的类,要设计粒度小、功能单一的类。单一职责原则是为了实现代码高内聚、低耦合,提高代码的复用性、可读性、可维护性。

2. 如何判断类的职责是否足够单一?

不同的应用场景、不同阶段的需求背景、不同的业务层面,对同一个类的职责是否单一,可能会有不同的判定结果。实际上,一些侧面的判断指标更具有指导意义和可执行性,比如,出现下面这些情况就有可能说明这类的设计不满足单一职责原则:

类中的代码行数、函数或者属性过多;

类依赖的其他类过多,或者依赖类的其他类过多;

私有方法过多;

比较难给类起一个合适的名字;

类中大量的方法都是集中操作类中的某几个属性。

3. 类的职责是否设计得越单一越好?

单一职责原则通过避免设计大而全的类,避免将不相关的功能耦合在一起,来提高类的内聚性。同时,类职责单一,类依赖的和被依赖的其他类也会变少,减少了代码的耦合性,以此来实现代码的高内聚、低耦合。但是,如果拆分得过细,实际上会适得其反,反倒会降低内聚性,也会影响代码的可维护性。

课堂讨论

对于如何判断一个类是否职责单一,如何判断代码行数过多,你还有哪些其他的方法吗?

方法就是全凭感觉。感觉不爽,就尝试着是否可以拆分多个类,感觉来了谁也挡不住。没有硬性要求吧,都是凭借经验。比如用户service可能包含用户的登录注册修改密码忘记密码等等,这些操作都需要验证邮箱,这时候你会发现这个类就很乱,就可以把他一分为二,弄个UserService再弄个UserEmailService专门处理用户相关邮件的操作逻辑,让UserService依赖Email的,等等这种,我觉得真的是全凭经验。换句话说,屎一样的代码写多了,写到自己看着都想吐的时候,经验就积累了。

单一职责原则,除了应用到类的设计上,还能延伸到哪些其他设计方面吗?

方法设计上也用到了,比如自上而下的编程方式,先把核心方法定义好在去写具体细节,不要上来就把所有的细节都写到一个大而全的方法里。自上而下的编程方式他不香吗?

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