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21 | 开放封闭原则：不改代码怎么写新功能？
你好！我是郑晔。
上一讲，我们讲了一个最基础的设计原则：单一职责原则，从这个原则中，你知道了一个模块只应该包含来自同一个变化来源的内容。这一讲，我们来看下一个设计原则：开放封闭原则。
作为一名程序员，来了一个需求就要改一次代码，这种方式我们已经见怪不怪了，甚至已经变成了一种下意识的反应。修改也很容易，只要我们按照之前的惯例如法炮制就好了。
这是一种不费脑子的做法，却伴随着长期的伤害。每人每次都只改了一点点，但是，经过长期积累，再来一个新的需求，改动量就要很大了。而在这个过程中，每个人都很无辜，因为每个人都只是遵照惯例在修改。但结果是，所有人都受到了伤害，代码越来越难以维护。
既然“修改”会带来这么多问题，那我们可以不修改吗？开放封闭原则就提供了这样的一个新方向。
不修改代码
开放封闭原则是这样表述的：
软件实体（类、模块、函数）应该对扩展开放，对修改封闭。
这个说法是Bertrand Meyer在其著作《面向对象软件构造》（Object-Oriented Software Construction）中提出来的，它给软件设计提出了一个极高的要求：不修改代码。
或许你想问，不修改代码，那我怎么实现新的需求呢？答案就是靠扩展。用更通俗的话来解释，就是新需求应该用新代码实现。
开放封闭原则向我们描述的是一个结果，就是我们可以不修改代码而仅凭扩展就完成新功能。但是，这个结果的前提是要在软件内部留好扩展点，而这正是需要我们去设计的地方。因为每一个扩展点都是一个需要设计的模型。
举个例子，假如我们正在开发一个酒店预订系统，针对不同的用户，我们需要计算出不同的房价。比如，普通用户是全价，金卡是8折，银卡是9折，代码写出来可能是这样的：
class HotelService {
public double getRoomPrice(final User user, final Room room) {
double price = room.getPrice();
if (user.getLevel() == Level.GOLD) {
return price * 0.8;
}
if (user.getLevel() == Level.SILVER) {
return price * 0.9;
}
return price;
}
}
这时，新的需求来了，要增加白金卡会员，给出75折的优惠，如法炮制的写法应该是这样的：
class HotelService {
public double getRoomPrice(final User user, final Room room) {
double price = room.getPrice();
if (user.getLevel() == UserLevel.GOLD) {
return price * 0.8;
}
if (user.getLevel() == UserLevel.SILVER) {
return price * 0.9;
}
if (user.getLevel() == UserLevel.PLATINUM) {
return price * 0.75;
}
return price;
}
}
显然，这种做法就是修改代码的做法，每增加一个新的类型就要修改一次代码。但是，一个有各种级别用户的酒店系统肯定不只是房价有区别，提供的服务也可能有区别。可想而知，每增加一个用户级别，我们要改的代码就漫山遍野。
那应该怎么办呢？我们应该考虑如何把它设计成一个可以扩展的模型。在这个例子里面，既然每次要增加的是用户级别，而且各种服务的差异都体现在用户级别上，我们就需要一个用户级别的模型。在前面的代码里，用户级别只是一个简单的枚举，我们可以给它丰富一下：
interface UserLevel {
double getRoomPrice(Room room);
}
class GoldUserLevel implements UserLevel {
public double getRoomPrice(final Room room) {
return room.getPrice() * 0.8;
}
}
class SilverUserLevel implements UserLevel {
public double getRoomPrice(final Room room) {
return room.getPrice() * 0.9;
}
}
我们原来的代码就可以变成这样：
class HotelService {
public double getRoomPrice(final User user, final Room room) {
return user.getRoomPrice(room);
}
}
class User {
private UserLevel level;
...
public double getRoomPrice(final Room room) {
return level.getRoomPrice(room);
}
}
这样一来，再增加白金用户，我们只要写一个新的类就好了：
class PlatinumUserLevel implements UserLevel {
public double getRoomPrice(final Room room) {
return room.getPrice() * 0.75;
}
之所以我们可以这么做，是因为我们在代码里留好了扩展点：UserLevel。在这里，我们把原来的只支持枚举值的UserLevel升级成了一个有行为的UserLevel。
经过这番改造，HotelService的getRoomPrice这个方法就稳定了下来，我们就不需要根据用户级别不断地调整这个方法了。至此，我们就拥有了一个稳定的构造块，可以在后期的工作中把它当做一个稳定的模块来使用。
当然，在这个例子里，这个方法是比较简单的。而在实际的项目中，业务方法都会比较复杂。
构建扩展点
好，现在我们已经对开放封闭原则有了一个基本的认识。其实，我们都知道修改是不好的，道理我们都懂，就是在代码层面，有人就糊涂了。我做个类比你就知道了，比如说，如果我问你，你正在开发的系统有问题吗？相信大部人的答案都是有。
那我又问你，那你会经常性主动调整它吗？大部人都不会。为什么呢？因为它在线上运行得好好的，万一我调整它，调整坏了怎么办。是啊！你看，道理就是这么个道理，放在系统层面人人都懂，而在代码层面，却总是习惯性被忽视。
所以，我们写软件就应该提供一个又一个稳定的小模块，然后，将它们组合起来。一个经常变动的模块必然是不稳定的，用它去构造更大的模块，就是将隐患深埋其中。
你可能会说，嗯，我懂了，可我还是做不好啊！为什么我们懂了道理后，依旧过不好“这一关”呢？因为阻碍程序员们构造出稳定模块的障碍，其实是构建模型的能力。你可以回顾一下前面那段代码，看看让这段代码产生变化的UserLevel是如何升级成一个有行为的UserLevel的。
在讲封装的时候，我说过，封装的要点是行为，数据只是实现细节，而很多人习惯性的写法是面向数据的，这也是导致很多人在设计上缺乏扩展性思考的一个重要原因。
构建模型的难点，首先在于分离关注点，这个我们之前说过很多次了，不再赘述，其次在于找到共性。
在多态那一讲，我们说过，要构建起抽象就要找到事物的共同点，有了这个理解，我们看前面的例子应该还算容易理解。而在一个业务处理的过程中，发现共性这件事对很多人来说就已经开始有难度了。
我们再来看个例子，下面是一个常见的报表服务，首先我们取出当天的订单，然后生成订单的统计报表，还要把统计结果发送给相关的人等：
class ReportService {
public void process() {
// 获取当天的订单
List<Order> orders = fetchDailyOrders();
// 生成统计信息
OrderStatistics statistics = generateOrderStatistics(orders);
// 生成统计报表
generateStatisticsReport(statistics);
// 发送统计邮件
sendStatisticsByMail(statistics);
}
}
很多人在日常工作中写出的代码都是与此类似的，但这个流程肯定是比较僵化的。出现一个新需求就需要调整这段代码。我们这就有一个新需求，把统计信息发给另外一个内部系统，这个内部系统可以把统计信息展示出来，供外部合作伙伴查阅。该怎么做呢？
我们先分析一下，发送给另一个系统的内容是统计信息，在原有的代码里，前面两步分别是获取源数据和生成统计信息，后面两步分别是，生成报表和将统计信息通过邮件发送出去。
也就是说，后两步和即将添加的步骤有一个共同点，都使用了统计信息，这样我们就找到了它们的共性，所以，我们就可以用一个共同的模型去涵盖它们，比如，OrderStatisticsConsumer：
interface OrderStatisticsConsumer {
void consume(OrderStatistics statistics);
}
class StatisticsReporter implements OrderStatisticsConsumer {
public void consume(OrderStatistics statistics) {
generateStatisticsReport(statistics);
}
}
class StatisticsByMailer implements OrderStatisticsConsumer {
public void consume(OrderStatistics statistics) {
sendStatisticsByMail(statistics);
}
}
class ReportService {
private List<OrderStatisticsConsumer> consumers;
void process() {
// 获取当天的订单
List<Order> orders = fetchDailyOrders();
// 生成统计信息
OrderStatistics statistics = generateOrderStatistics(orders);
for (OrderStatisticsConsumer consumer: consumers) {
consumer.consume(statistics);
}
}
}
如此一来，我们的新需求也只要添加一个新的类就可以实现了：
class StatisticsSender implements OrderStatisticsConsumer {
public void consume(final OrderStatistics statistics) {
sendStatisticsToOtherSystem(statistics);
}
}
你能看出来，在这个例子里，我们第一步做的事情还是分解，就是把一个一个的步骤分开，然后找出步骤之间相似的地方，由此构建出一个新的模型。
真实项目里的代码可能比这个代码要复杂，但其实，并不一定是业务逻辑复杂，而是代码本身写得复杂了。所以，我们要先根据上一讲的单一职责原则，将不同需求来源引起的变动拆分到不同的方法里，形成一个又一个的小单元，再来做我们这里的分析。
通过这个例子你也可以看出，在真实的项目中，想要达到开放封闭原则的要求并不是一蹴而就的。这里我们只是因为有了需求的变动，才提取出一个OrderStatisticsConsumer。
未来可能还会有其他的变动，比如，生成报表的逻辑。到那时，也许我们还会提取出一个新的OrderStatisticsGenerator的接口。但总的来说，我们每做一次这种模型构建，最核心的类就会朝着稳定的方向迈进一步。
所以，好的设计都会提供足够的扩展点给新功能去扩展。在《Unix 编程艺术》一书中，Unix编程就提倡“提供机制，而不是策略”，这就是开放封闭原则的一种体现。
同样的，我们知道很多系统是有插件机制的，比如，很多人使用的VIM和Emacs，离我们比较近的还有Eclipse和Visual Studio Code，它们都体现着开放封闭原则。去了解它们的接口，我们就可以看到这个软件给我们提供的各种能力，这也是一种很好的学习方式。
开放封闭原则还可以帮助我们改进自己的系统，我们可以通过查看自己的源码控制系统，找出那些最经常变动的文件，它们通常都是没有满足开放封闭原则的，而这可以成为我们改进系统的起点。
总结时刻
今天，我们讲了开放封闭原则，软件实体应该对扩展开放，对修改封闭。简单地说，就是不要修改代码，新的功能要用新的代码实现。
其实，道理大家都懂，但对很多人来说，做到是有难度的，尤其是在代码里留下扩展点，往往是需要有一定设计能力的。而构建模型的难点，首先就在于分离关注点，其次是找到共性。今天我们也讲了在一个真实项目中，怎样逐步地去构建扩展点，让系统稳定下来。
很多优秀的软件在设计上都给我们提供了足够的扩展能力，向这些软件的接口学习，我们可以学到更多的东西。
如果说单一职责原则主要看的还是封装，开放封闭原则就必须有多态参与其中了。显然，要想提供扩展点，就需要面向接口编程。但是，是不是有了接口，就是好的设计了呢？下一讲，我们来看设计一个接口还需要满足什么样的原则。
如果今天的内容你只能记住一件事，那请记住：设计扩展点，迈向开放封闭原则。
思考题
最后，我想请你找一个提供了扩展点的开源项目，分析一下它是如何设计这个扩展点的。欢迎在留言区写下你的想法。
感谢阅读，如果你觉得这一讲的内容对你有帮助的话，也欢迎把它分享给你的朋友。