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开闭原则 (Open/Closed Principle, OCP)

news 来源：原创 2025/6/27 23:31:01

定义：一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。即软件实体应尽量在不修改原有代码的情况下进行扩展

问题由来：任何软件都需要面临一个很重要的问题，即它们的需求会随时间的推移而发生变化。因为变化，升级和维护等原因，如果需要对软件原有代码进行修改，可能会给旧代码引入错误，也有可能会使我们不得不对整个功能进行重构，并且需要原有代码经过重新测试，所以当软件需要变化时，尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现使我们需要的。

为了满足开闭原则，需要对系统进行抽象化设计，抽象化是开闭原则的关键。在Java、C#等编程语言中，可以为系统定义一个相对稳定的抽象层，而将不同的实现行为移至具体的实现层中完成。如果需要修改系统的行为，无须对抽象层进行任何改动，只需要增加新的具体类来实现新的业务功能即可，实现在不修改已有代码的基础上扩展系统的功能，达到开闭原则的要求。

举例： 实现画图表的功能，如饼状图和柱状图等，为了支持多种图表显示方式，原始设计方案如图下图所示：

在ChartDisplay类的display()方法中存在如下代码片段：

......
if (type.equals("pie")) {
PieChart chart = new PieChart();
chart.display();
}
else if (type.equals("bar")) {
BarChart chart = new BarChart();
chart.display();
}
......

在该代码中，如果需要增加一个新的图表类，如折线图LineChart，则需要修改ChartDisplay类的display()方法的源代码，增加新的判断逻辑，违反了开闭原则。

现对该系统进行重构，使之符合开闭原则。

(1) 增加一个抽象图表类AbstractChart，将各种具体图表类作为其子类；

(2) ChartDisplay类针对抽象图表类进行编程，由客户端来决定使用哪种具体图表。

重构后结构如图2所示：

我们引入了抽象图表类AbstractChart，且ChartDisplay针对抽象图表类进行编程，并通过setChart()方法由客户端来设置实例化的具体图表对象，在ChartDisplay的display()方法中调用chart对象的display()方法显示图表。如果需要增加一种新的图表，如折线图LineChart，只需要将LineChart也作为AbstractChart的子类，在客户端向ChartDisplay中注入一个LineChart对象即可，无须修改现有类库的源代码。

为什么使用开闭原则：

第一：开闭原则非常有名，只要是面向对象编程，在开发时都会强调开闭原则

第二：开闭原则是最基础的设计原则

其它的五个设计原则都是开闭原则的具体形态，也就是说其它的五个设计原则是指导设计的工具和方法，而开闭原则才是其精神领袖。依照Java语言的称谓，开闭原则是抽象类，而其它的五个原则是具体的实现类。

第三：开闭原则可以提高复用性

在面向对象的设计中，所有的逻辑都是从原子逻辑组合而来，而不是在一个类中独立实现一套业务逻辑。只有这样的代码才可以复用，逻辑粒度越小，被复用的可能性越大。为什么要复用呢？复用可以减少代码的重复，避免相同的逻辑分散在多个角落，减少维护人员的工作量以及系统变化时产生bug的机会。怎么才能提高复用率呢？设计者需要缩小逻辑粒度，直到一个逻辑不可以分为止。

第四：开闭原则可以提高维护性

一款软件量产后，维护人员的工作不仅仅对数据进行维护，还可能要对程序进行扩展，维护人员最乐意的事是扩展一个类，而不是修改一个类。让维护人员读懂原有代码，再进行修改，是一件非常痛苦的事情，不要让他在原有的代码海洋中游荡后再修改，那是对维护人员的折磨和摧残。

第五：面向对象开发的要求

万物皆对象，我们要把所有的事物抽象成对象，然后针对对象进行操作，但是万物皆发展变化，有变化就要有策略去应对，怎么快速应对呢？这就需要在设计之初考虑到尽可能多变化的因素，然后留下接口，等待“可能”转变为“现实”。

如何使用开闭原则

第一：抽象约束

抽象是对一组事物的通用描述，没有具体的实现，也就表示它可以有非常多的可能性，可以跟随需求的变化而变化。因此，通过接口或抽象类可以约束一组可能变化的行为，并且能够实现对扩展开放，其包含三层含义：

1.通过接口或抽象类约束扩散，对扩展进行边界限定，不允许出现在接口或抽象类中不存在的public方法。

2.参数类型，引用对象尽量使用接口或抽象类，而不是实现类，这主要是实现里氏替换原则的一个要求

3.抽象层尽量保持稳定，一旦确定就不要修改

第二：元数据(metadata)控件模块行为

编程是一个很苦很累的活，那怎么才能减轻压力呢？答案是尽量使用元数据来控制程序的行为，减少重复开发。什么是元数据？用来描述环境和数据的数据，通俗的说就是配置参数，参数可以从文件中获得，也可以从数据库中获得。

第三：制定项目章程

在一个团队中，建立项目章程是非常重要的，因为章程是所有开发人员都必须遵守的约定，对项目来说，约定优于配置。这比通过接口或抽象类进行约束效率更高，而扩展性一点也没有减少

第四：封装变化

对变化封装包含两层含义：

(1)将相同的变化封装到一个接口或抽象类中

(2)将不同的变化封装到不同的接口或抽象类中，不应该有两个不同的变化出现在同一个接口或抽象类中。封装变化，也就是受保护的变化，找出预计有变化或不稳定的点，我们为这些变化点创建稳定的接口。

抽象层的稳定性：抽象层（接口 / 抽象类）应基于稳定的业务需求设计，避免因频繁变更导致重构成本增加。
扩展方式的优先级：优先使用组合 / 聚合扩展功能，其次才是继承（继承可能破坏封装性）。

// 抽象图形类
abstract class Shape {abstract void draw();
}// 具体图形类（圆形）
class Circle extends Shape {@Overridevoid draw() { System.out.println("绘制圆形"); }
}// 具体图形类（矩形）
class Rectangle extends Shape {@Overridevoid draw() { System.out.println("绘制矩形"); }
}// 渲染器（基于抽象编程）
class Renderer {public void renderShape(Shape shape) {shape.draw(); // 扩展新图形时无需修改此方法}
}// 新增三角形（符合开闭原则）
class Triangle extends Shape {@Overridevoid draw() { System.out.println("绘制三角形"); }
}