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怎样设计合适的接口

摘要: 一个接口建立并命名了一个目标对象的使用方法。一些约束(例如:编译时的类型系统、运行时的异常机制及返回值)使得类作者的目的得以体现和加强......
  
本文转自IBM Developerworks中国网站
摘要:我们在设计系统接口时,经常会遇到这样的问题:

  1、我们的接口应该提供多少方法才合适?

  2、我们的接口应该提供"原子方法"还是"复合方法"?

  3、我们的接口是否应该封装(或者,能否封装)所有的细节?

  接口的设计需要考虑用户的使用习惯、使用的方便程度、使用的安全程度,根据我的编程经验,下面会详细讨论接口设计的2个需要权衡的方面:接口的单一化 & 复合化。

  接口

  接口提供了不同系统之间或者系统不同组件之间的界定。在软件中,接口提供了一个屏障,从而从实现中分离目标,从具体中分离抽象,从作者中分离用户。

  站在用户的角度看,一个接口建立并命名了一个目标对象的使用方法。一些约束(例如:编译时的类型系统、运行时的异常机制及返回值)使得类作者的目的得以体现和加强。供给(affordances)指事物的被感知的真实的属性,这些属性可以决定事物使用的可能方法,供给提供了对事物操作的线索。

  类设计者的一个职责便是在接口中减小约束与供给之间的隔阂、匹配目标以及一定程度上的自由度,尽可能减小错误使用目标对象的可能。

  封装

  对于封装来说,远不止数据私有那么简单。在设计中,封装往往会涉及到自我包含(self-containment)。如果一个类需要你知道如何调用它方法(e.g. 在一个线程的环境中,在一个方法调用后调用另一个方法,你必须明确地同步对象),那么它的封装性就不如将所有这些全部包含并隐藏的类(e.g. 这个类是thread-safe的)好。前一个设计存在着设计的漏洞,它的许多限定条件是模糊的,而且把部分责任推给了用户,而不是让类提供者做这些工作来完成类的设计。

  在空间或者时间上分离方法的执行(例如,线程,远程方法调用,消息队列),能够对设计的正确性和效率产生意义深远的影响。这种分离带来的结果是不可忽视的:
  1. 并发引入了不确定性和环境(context)选择的开销;
  2. 分布引入了回调的开销,这些开销可能不断增加,而且会导致错误。
  这些是设计的问题,修改它们可不是象修改bug那样简单。

  如果一个接口主要由存取方法(set和get方法)组成,每个方法都相应的直接指向某个私有域,那么它的封装性会很差。接口中的域存取方法通常是不会提供信息的:他们在对象的使用中不能通讯、简单化和抽象化,这通常会导致代码冗长,并且容易出错。

  所以,我们首先考虑接口设计的第一个原则:

  命令与查询分离(Command-Query Separation)
  要求:保证一个方法不是命令(Command)就是查询(Query)

定义:
  查询:当一个方法返回一个值来回应一个问题的时候,它就具有查询的性质;
  命令:当一个方法要改变对象的状态的时候,它就具有命令的性质;

  通常,一个方法可能是纯的Command模式或者是纯的Query模式,或者是两者的混合体。在设计接口时,如果可能,应该尽量使接口单一化,保证方法的行为严格的是命令或者是查询,这样查询方法不会改变对象的状态,没有副作用(side effects),而会改变对象的状态的方法不可能有返回值。也就是说:如果我们要问一个问题,那么就不应该影响到它的答案。实际应用,要视具体情况而定,语义的清晰性和使用的简单性之间需要权衡。

  例如,在java.util.Iterator中,hasNext可以被看作一种查询,remove是一种命令,next合并了命令和查询: <table bgColor=#cccccc border=1 cellPadding=5 cellSpacing=0 width="100%"> <tr bgColor=#e6e6e6> <td>


public interface Iterator{

boolean hasNext();

Object next();

void remove();

}

</td></tr></table>
  这里,如果不将一个Iterator对象的当前值向前到下一个的话,就不能够查询一个Iterator对象。如果没有提供一个复合方法next,我们将需要定义一系列的命令方法,例如:初始化(initialization)、继续(continuation)、访问(access)和前进(advance),它们虽然清晰定义了每个动作,但是,客户代码过于复杂: <table bgColor=#cccccc border=1 cellPadding=5 cellSpacing=0 width="100%"> <tr bgColor=#e6e6e6> <td>


for(initialization; continuation condition; advance){

... access for use ...

}

</td></tr></table>
  将Command和Query功能合并入一个方法,方便了客户的使用,但是,降低了清晰性,而且,可能不便于基于断言的程序设计并且需要一个变量来保存查询结果: <table bgColor=#cccccc border=1 cellPadding=5 cellSpacing=0 width="100%"> <tr bgColor=#e6e6e6> <td>


Iterator iterator = collection.iterator();

while(iterator.hasNext();){

Object current = iterator.next();

... use current...

}

</td></tr></table>下面,我们考虑接口设计的第二个原则:

  组合方法(Combined Method)

  组合方法经常在线程和分布环境中使用,来保证正确性并改善效率。

  一些接口提供大量的方法,起初,这些方法看来是最小化的,而且相关性强。然而,在使用的过程中,一些接口显现得过于原始,它们过于简单化,从而迫使类用户用更多的工作来实现普通的任务,并且,方法之间的先后顺序及依赖性比较强(即,暂时耦合)。这导致了代码重复,而且非常麻烦和容易出错。

  一些需要同时执行成功的方法,在多线程、异常、和分布的情况下会遇到麻烦。如果两个动作需要同时执行,它们由两个独立的方法进行描述,必须都完全成功的执行,否则会导致所有动作的回滚。

  线程的引入使这种不确定性大大增加。一系列方法同时调用一个易变的(mutable)对象,如果这个对象在线程之间共享,即使我们假设单独的方法是线程安全的,也无法确保结果是意料之中的。看下面对Event Source的接口,它允许安置句柄和对事件的查询: <table bgColor=#cccccc border=1 cellPadding=5 cellSpacing=0 width="100%"> <tr bgColor=#e3e3e3> <td>


interface EventSource{

Handler getHandler(Event event);

void installHandler(Event event, Handler newHandler);

}

</td></tr></table>



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