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【高内聚】设计模式是如何让软件更好做到高内聚的？

news 来源：原创 2025/5/13 15:17:02

高内聚（High Cohesion）是指模块内部的元素紧密协作，共同完成一个明确且相对独立的功能。就像高效的小团队，成员们目标一致，相互配合默契。
低耦合（Loose Coupling）是指模块之间的依赖较少，只通过精心定义的接口与外部交互。这样的设计使得模块对外界的依赖减少，从而提高了系统的灵活性和可维护性。
高内聚是“解耦”的关键，原因在于当模块具有高内聚性时，它自身形成了一个功能完整的单元。这样的模块对外的依赖较少，只需调用其接口即可实现功能，而不需要了解其内部复杂的细节。

通过降低模块之间的相互关联和依赖，可以达到解耦的效果。这样，当一个模块发生变化时，不会影响到其他模块的核心功能，也不会产生过多的连锁反应，进一步促进了系统的稳定和解耦。
总的来说，高内聚和低耦合是软件设计中追求的目标，它们有助于提高系统的灵活性、可维护性和稳定性。

首先，我会描述一个场景，然后提供两种设计方案：一种是低内聚的设计，另一种是高内聚的设计。我会用mermaid图例来展示这两种设计，并使用表格来对比它们的优缺点。

案例1：短信发送

低内聚设计方案

如果客户端直接集成对接三种客户端（移动、电信、联通），那将是一个低内聚的设计。在这种情况下，客户端需要处理与三个不同短信客户端的交互，这将导致客户端的职责过多，从而降低其内聚性。

客户端：直接与移动、电信、联通的短信客户端交互。
移动/电信/联通短信客户端：分别接收来自客户端的短信，并处理与各自运营商相关的逻辑。

高内聚设计方案

这种设计模式属于中介者模式（Mediator Pattern）。中介者模式是一种行为设计模式，它通过引入一个中介对象（在这个案例中是短信门户）来封装一系列对象之间的交互。这种模式使得对象之间不再直接通信，而是通过中介者对象来进行交互，从而降低了对象之间的耦合度。
短信门户作为中介者，负责协调客户端和不同运营商网关之间的通信。客户端不需要直接知道网关的细节，只需要将短信发送给短信门户，由短信门户负责将短信转发给适当的网关。这样的设计使得系统更加灵活，易于扩展和维护。

客户端：只负责发送短信到短信门户。
短信门户：负责接收客户端的短信，并根据运营商将短信分发到相应的短信网关。
短信网关：分别与移动、电信、联通的短信客户端交互，负责将短信发送到正确的运营商。

对比分析

特性	低内聚设计	高内聚设计
可维护性	低：客户端需要处理与多个运营商客户端的交互，维护复杂度高。	高：客户端只与短信门户交互，短信门户负责与运营商客户端的交互，维护简单。
可扩展性	低：添加新运营商时，需要修改客户端代码。	高：添加新运营商时，只需在短信门户中添加新网关，无需修改客户端代码。
可读性	低：客户端承担了过多的职责，难以理解。	高：每个组件都有明确的职责，易于理解和阅读。
内聚性	低：客户端职责过多，内聚性低。	高：每个组件都有明确的、单一的职责，内聚性高。
复用性	低：客户端与特定运营商紧密耦合，难以复用。	高：短信门户和短信网关可以独立于客户端和运营商客户端复用。

通过这个对比，我们可以看到高内聚设计在可维护性、可扩展性、可读性和复用性方面都优于低内聚设计。高内聚设计通过将功能分解为更小的、更专注的组件，使得系统更加模块化和灵活。

案例2：库存管理

假设我们正在设计一个简单的库存管理系统。这个系统需要处理两种主要操作：添加新商品到库存中和对现有商品进行库存更新。

低内聚设计方案

在低内聚的设计中，所有功能可能都集中在一个大的类或模块中。这个类负责添加新商品、更新库存、处理用户输入等所有任务。

高内聚设计方案

在高内聚的设计中，我们使用了单一职责原则（Single Responsibility Principle），这是面向对象设计中的五个基本原则（SOLID）之一。单一职责原则指出，一个类应该只有一个引起它变化的原因。这意味着一个类应该只负责一项功能或职责。我们将功能分解为更小的、更专注于特定任务的类。例如，我们可以有一个类专门负责处理库存，另一个类专门处理用户输入。

对比表格

特性	低内聚设计	高内聚设计
可维护性	低：所有功能集中在一个类中，修改困难	高：功能分散在多个类中，易于维护和修改
可扩展性	低：添加新功能可能需要修改整个类	高：可以轻松添加新类和功能，无需修改现有代码
可读性	低：类过于庞大，难以理解	高：每个类都有明确的职责，易于理解和阅读
内聚性	低：类承担了过多的职责	高：每个类都有明确的、单一的职责
复用性	低：类过于特定，难以在其他场景中复用	高：更通用的类可以在其他项目中复用

通过这个案例，我们可以看到高内聚设计在可维护性、可扩展性、可读性和复用性方面都优于低内聚设计。高内聚设计通过将功能分解为更小的、更专注的类，使得系统更加模块化和灵活。

案例1：短信发送

低内聚设计方案

高内聚设计方案

对比分析

案例2：库存管理

低内聚设计方案

高内聚设计方案

对比表格

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