开闭原则（Open-Closed Principle,OCP）

2 开闭原则（Open-Closed Principle,OCP）

2.1 什么是开闭原则
    开闭原则是面向对象设计中“可复用设计”的基石，是面向对象设计中最重要的原则之一，其它很多的设计原则都是实现开闭原则的一种手段。

    1988年，Bertrand Meyer在他的著作《Object Oriented Software Construction》中提出了开闭原则，它的原文是这样：“Software entities should be open for extension,but closed for modification”。翻译过来就是：“软件实体应当对扩展开放，对修改关闭”。这句话说得略微有点专业，我们把它讲得更通俗一点，也就是：软件系统中包含的各种组件，例如模块（Modules）、类（Classes）以及功能（Functions）等等，应该在不修改现有代码的基础上，引入新功能。开闭原则中“开”，是指对于组件功能的扩展是开放的，是允许对其进行功能扩展的；开闭原则中“闭”，是指对于原有代码的修改是封闭的，即不应该修改原有的代码。

2.2 如何实现开闭原则
    实现开闭原则的关键就在于“抽象”。把系统的所有可能的行为抽象成一个抽象底层，这个抽象底层规定出所有的具体实现必须提供的方法的特征。作为系统设计的抽象层，要预见所有可能的扩展，从而使得在任何扩展情况下，系统的抽象底层不需修改；同时，由于可以从抽象底层导出一个或多个新的具体实现，可以改变系统的行为，因此系统设计对扩展是开放的。

    我们在软件开发的过程中，一直都是提倡需求导向的。这就要求我们在设计的时候，要非常清楚地了解用户需求，判断需求中包含的可能的变化，从而明确在什么情况下使用开闭原则。

    关于系统可变的部分，还有一个更具体的对可变性封装原则（Principle of Encapsulation of Variation,  EVP），它从软件工程实现的角度对开闭原则进行了进一步的解释。EVP要求在做系统设计的时候，对系统所有可能发生变化的部分进行评估和分类，每一个可变的因素都单独进行封装。

    我们在实际开发过程的设计开始阶段，就要罗列出来系统所有可能的行为，并把这些行为加入到抽象底层，根本就是不可能的，这么去做也是不经济的，费时费力。另外，在设计开始阶段，对所有的可变因素进行预计和封装也不太现实，也是很难做得到。所以，开闭原则描绘的愿景只是一种理想情况或是极端状态，现实世界中是很难被完全实现的。我们只能在某些组件，在某种程度上符合开闭原则的要求。

    通过以上的分析，对于开闭原则，我们可以得出这样的结论：虽然我们不可能做到百分之百的封闭，但是在系统设计的时候，我们还是要尽量做到这一点。

    对于软件系统的功能扩展，我们可以通过继承、重载或者委托等手段实现。以接口为例，它对修改就是是封闭的，而对具体的实现是开放的，我们可以根据实际的需要提供不同的实现，所以接口是符合开闭原则的。

2.3 开闭原则能够带来什么好处
    如果一个软件系统符合开闭原则的，那么从软件工程的角度来看，它至少具有这样的好处：

 可复用性好。

    我们可以在软件完成以后，仍然可以对软件进行扩展，加入新的功能，非常灵活。因此，这个软件系统就可以通过不断地增加新的组件，来满足不断变化的需求。

 可维护性好。

    由于对于已有的软件系统的组件，特别是它的抽象底层不去修改，因此，我们不用担心软件系统中原有组件的稳定性，这就使变化中的软件系统有一定的稳定性和延续性。

2.4 开闭原则与其它原则的关系
    开闭原则具有理想主义的色彩，它是面向对象设计的终极目标。因此，针对开闭原则的实现方法，一直都有面向对象设计的大师费尽心机，研究开闭原则的实现方式。后面要提到的里氏代换原则（LSP）、依赖倒转原则（DIP）、接口隔离原则（ISP）以及抽象类（Abstract Class）、接口(Interace)等等，都可以看作是开闭原则的实现方法。

 

实例分析

开闭原则：设计一个模块的时候，应当使这个模块可以在不修改原有代码的前提下被扩展。

这个原则是保证系统具有扩展性的基本原则。我理解有几个要点：1、要能够复用；2、扩展时只增加新方法、新类；3、不得不修改代码时，修改的范围必须是局部的、隐藏的；

通常变更有三种方式，一种是横向变更，例如售票系统，原来只能售火车票，现在要可以售机票；第二种是纵向变更，例如在某个流程里插入新活动或跳过活动；第三种是局部修改，就是原有功能的业务规则发生了变化。对于前两种变更比较容易处理，只要在设计时注意抽象，通过接口、继承、override或event即可扩充。对于第三种变更，估计要修改代码了。虽然可以这样分类，但实际上以上三种变更通常是同时发生的、相互交织的。

以库存管理业务单据为例，有出库单、入库单、移库单等。通常单据结构都很相似，包含头表，行表，但个别字段有差异。新增一个单据，先在头表插入一条记录，然后在行表插入若干记录。更新单据时，先更新头表记录，然后清空词单据在行表里的原有记录，再插入新的行表记录，删除单据的过程也非常相似。此外，在单据增删改时要记录日志，在单据提交时，还要修改库存。所有这些操作十分相似，可以抽象出来。

现在要设计一个单据处理通用业务类，负责单据暂存、修改、提交、删除几个基本业务，以及相关的日志和库存操作。

1、分析
   单据操作: Save()/Submit()/Delete()/Log()/ChangeStock()
   相关数据: 头表实体、行表实体集；与日志有关的一些属性；与库存有关的一些属性；插入头表时，要有一个接口获取单据编号；因为插入行表时外键值需要用到头表记录的主键值，所以需要有个接口获取头表主键值，并有一个接口给行表实体的外键赋值；
   可能的变更: 1、将来可能增加审批功能，单据提交后审判通过才改变库存；2、增加新的单据类型；3、将来增加订单管理，那么库存操作除了出入库、还会增加在途转入库存、库存转出在途等功能。

2、设计
   方案1、抽象类+子类，只关注操作，不关注数据；
         单据处理类 BillProcess (抽象类):
         公有虚方法 Save()/Submit()/Delete()
         私有虚方法 Log()/ChangeStock()
   扩展：增加审批功能，只需在基类增加新的虚方法Audit，子类实现新的虚方法; 增加单据类型时，只需实现新的单据，增加在途功能，只需修改 ChangeStock;
   评价：此方案虽然很容易扩展，除了需要对ChangeStock作修改外，基本符合开闭原则；但过于抽象，子类需要实现全部操作，基类仅仅起到规范方法名称的作用；此方案的复用度太低；

   方案2、抽象类实现部分模板方法,所有方法都没有参数，抽象类没有任何字段,全部给子类实现;
         单据处理类 BillProcess (抽象类):
         公有虚方法 Save(): 调用IsNew()判断是新增还是更新，如果是新增，设置单据编号SetBillNumber，插入头表InsertHeader，设置行表外键SetBillLineHeaderID；若是更新，则更新头表UpdateHeader，删除行表DeleteLines()，设置行表外键SetBillLineHeaderID，插入行表InsertLines(); 调用 Log();
         公有虚方法 Submit(): 调用 Save()，调用 ChangeStock(); 调用 Log();
         公有虚方法 Delete(): 调用 DeleteHeader()，调用 DeleteLines(); 调用 Log();
         保护虚方法 IsNew，判断是新增单据还是更新单据；
         保护虚方法 SetBillNumber，设置头表单据编号；
         保护虚方法 SetBillLineHeaderID, 设置行表所属头表的外键值；
         保护虚方法 InsertHeader/UpdateHeader/DeleteHeader, InsertLines/DeleteLines
         保护虚方法 Log，记录操作员、操作时间、操作类型、单据编号；
         保护虚方法 ChangeStock，改变库存
   扩展：增加审批功能，需在基类增加新的虚方法Audit和NeedAudit虚属性，子类实现新的虚方法和虚属性; 增加单据类型时，只需实现新的单据，增加在途功能，需修改 ChangeStock;
   评价：此方案也很容易扩展，并且基类实现了部分操作，但子类要实现的方法过多，数据库访问方法其实只是表名有点差别，子类却要全部重写；另外子类 ChangeStock 仍要修改；此方案有一定的复用度，但也不高，而且每个子类的ChangeStock都要修改，不满足“开闭原则”的封闭性。

   方案3、一些通用的操作尽量放到 BillProcess，库存操作独立出来成为一个类；抽象出头表实体、行表实体接口；BillProcess可以操作相关数据接口。

         单据头实体接口 IBillHeader:
         BillID 获取或设置主键ID, 如果获取的ID为0，表示为新单据；这样就不需要IsNew()方法了
         BillType 获取单据类型
         BillNumber 获取或设置单据编号, 如果是新单据，BillProcess类可以向单据编号生成器BillNumberGenerator.GetBillNumber(BillType)传入BillType参数，获得单据编号，赋值给此属性；  
         DBField[] 获取实体的字段值数组，便于插入和更新到头表;

         单据行实体接口 IBillLine:
         BillID 设置所属单据头ID
         ProductID 商品ID
         SiteID 库位ID
         Count 商品数量
         DBField[] 获取实体的字段值数组，便于插入到头表;
         单据处理类 BillProcess (抽象类):
         保护虚属性: 头表名HeaderTableName、行表名LineTableName、头表主键名HeaderTablePKName、行表外键名LineTableFKName、单据类型BillType、头表实体接口IBillHeader、行表集合接口List<IBillLine> BillLines;单据编号 BillNumber;

         公有虚方法 Save(): 根据IBillHeader的BillID判断，如果是新增，调用BillNumberGenerator.GetBillNumber(BillType)获取新单据编号，并把单据号设置到头表实体，通过数据库会话类把头表实体DBField[]插入头表，设置行表外键BillID；若是更新，则数据库会话类用DBField[]更新头表，调用DeleteLines()删除行表记录，设置行表外键IBillLine的BillID，通过数据库会话类把行表实体DBField[]插入行表; 调用 Log();
         公有虚方法 Submit(): 调用 Save()，调用 ChangeStock(); 调用 Log();
         公有虚方法 Delete(): 调用数据库会话类删除头表记录，调用 DeleteLines(); 调用 Log();
         保护虚方法 DeleteLines(): 调用数据库会话类根据LineTableName、LineTableFKName删除行表记录
         保护虚方法 Log，记录操作员、操作时间、操作类型、单据编号；
         保护虚方法 ChangeStock，改变库存, 先调用GenerateStockChanges()把 List<IBillLine> 转为 List<StockChange>, 调用 StockProcess 实现库存操作，便于库存操作扩展
         保护虚方法 GenerateStockChanges(), 把 List<IBillLine> 转为 List<StockChange>;

         单据号生成器 BillNumberGenerator：
         生成单据号 GetBillNumber(BillType)

         库存处理类 StockProcess:
         属性 List<StockChange>, 库存操作数组

         库存改变类 StockChange: 商品ID 库位ID 库存量改变个数 (可扩充增加“在途量改变个数”)

    扩展：增加审批功能和新单据时，方法同方案1；增加在途量，需要扩展StockChange实体类和StockProcess业务类，BillProcess修改 GenerateStockChanges，子类不需要修改.
    评价：基类包含了较多实现，代码复用度高; 子类只需要实现 IBillHeader, IBillLine 和 一些属性即可(这些属性还可以配置到XML文件中，由BillProcess根据BillType读取XML配置信息，这样子类就不必关心这些细节，方便开发); 同时又保留了较强的扩展性，ChangeStock 方法被细化了，在扩充时，要修改的部分也只是底层的、局部的。不足之处是，基类过多地关注了细节，限制了扩展能力和变更的自由度；另外因为是要修改基类，影响的子类较多，需要投入较多的回归测试时间。此方案基本满足开闭原则。

      总体评价，方案3 提供了一个非常强大的业务基类BillProcess，但过于特殊化。目前的支持的流程是 暂存->提交->审批->改变库存，如果再增加一些中间环节，比如审批后增加发货环节，那么就又要修改BillProcess类了。还有，如果不同的单据有不同的流程，那么 BillProcess 就要增加大量属性信息来描述流程。有一种比较理想的设计思路是，把BillProcess变为“业务引擎”，把各种单据的流程配置到文件中，流程引擎读取这些配置信息执行对应的操作。这样增加一个单据或修改一个单据的流程，只需修改配置文件。实际上，这样有点像“依赖倒置”了，用框架来解决问题。