设计模式之美学习(十六)

本文最后更新于:9 个月前

如何理解“接口隔离原则”?

接口隔离原则的英文翻译是“Interface Segregation Principle”,缩写为 ISPRobert MartinSOLID 原则中是这样定义它的:“Clients should not be forced to depend upon interfaces that they do not use。”直译成中文的话就是:客户端不应该强迫依赖它不需要的接口。其中的“客户端”,可以理解为接口的调用者或者使用者。

实际上,“接口”这个名词可以用在很多场合中。生活中我们可以用它来指插座接口等。在软件开发中,我们既可以把它看作一组抽象的约定,也可以具体指系统与系统之间的 API 接口,还可以特指面向对象编程语言中的接口等。

前面我提到,理解接口隔离原则的关键,就是理解其中的“接口”二字。在这条原则中,我们可以把“接口”理解为下面三种东西:

  • 一组 API 接口集合
  • 单个 API 接口或函数
  • OOP 中的接口概念

把“接口”理解为一组 API 接口集合

微服务用户系统提供了一组跟用户相关的 API 给其他系统使用,比如:注册、登录、获取用户信息等。具体代码如下所示:

public interface UserService {
  boolean register(String cellphone, String password);
  boolean login(String cellphone, String password);
  UserInfo getUserInfoById(long id);
  UserInfo getUserInfoByCellphone(String cellphone);
}

public class UserServiceImpl implements UserService {
  //...
}

现在,我们的后台管理系统要实现删除用户的功能,希望用户系统提供一个删除用户的接口。这个时候我们该如何来做呢?你可能会说,这不是很简单吗,我只需要在 UserService 中新添加一个 deleteUserByCellphone()deleteUserById() 接口就可以了。这个方法可以解决问题,但是也隐藏了一些安全隐患。

删除用户是一个非常慎重的操作,我们只希望通过后台管理系统来执行,所以这个接口只限于给后台管理系统使用。如果我们把它放到 UserService 中,那所有使用到 UserService 的系统,都可以调用这个接口。不加限制地被其他业务系统调用,就有可能导致误删用户。

当然,最好的解决方案是从架构设计的层面,通过接口鉴权的方式来限制接口的调用。不过,如果暂时没有鉴权框架来支持,我们还可以从代码设计的层面,尽量避免接口被误用。我们参照接口隔离原则,调用者不应该强迫依赖它不需要的接口,将删除接口单独放到另外一个接口 RestrictedUserService 中,然后将 RestrictedUserService 只打包提供给后台管理系统来使用。具体的代码实现如下所示:

public interface UserService {
  boolean register(String cellphone, String password);
  boolean login(String cellphone, String password);
  UserInfo getUserInfoById(long id);
  UserInfo getUserInfoByCellphone(String cellphone);
}

public interface RestrictedUserService {
  boolean deleteUserByCellphone(String cellphone);
  boolean deleteUserById(long id);
}

public class UserServiceImpl implements UserService, RestrictedUserService {
  // ...省略实现代码...
}

在刚刚的这个例子中,我们把接口隔离原则中的接口,理解为一组接口集合,它可以是某个微服务的接口,也可以是某个类库的接口等等。在设计微服务或者类库接口的时候,如果部分接口只被部分调用者使用,那我们就需要将这部分接口隔离出来,单独给对应的调用者使用,而不是强迫其他调用者也依赖这部分不会被用到的接口。

把“接口”理解为单个 API 接口或函数

现在我们再换一种理解方式,把接口理解为单个接口或函数。那接口隔离原则就可以理解为:函数的设计要功能单一,不要将多个不同的功能逻辑在一个函数中实现。

接口隔离原则跟单一职责原则有点类似,不过稍微还是有点区别。单一职责原则针对的是模块、类、接口的设计。而接口隔离原则相对于单一职责原则,一方面它更侧重于接口的设计,另一方面它的思考的角度不同。它提供了一种判断接口是否职责单一的标准:通过调用者如何使用接口来间接地判定。如果调用者只使用部分接口或接口的部分功能,那接口的设计就不够职责单一。

把“接口”理解为 OOP 中的接口概念

我们还可以把“接口”理解为 OOP 中的接口概念,比如 Java 中的 interface

假设我们的项目中用到了三个外部系统:RedisMySQLKafka。每个系统都对应一系列配置信息,比如地址、端口、访问超时时间等。为了在内存中存储这些配置信息,供项目中的其他模块来使用,我们分别设计实现了三个 Configuration 类:RedisConfigMysqlConfigKafkaConfig。具体的代码实现如下所示。

public class RedisConfig {
    private ConfigSource configSource; //配置中心(比如zookeeper)
    private String address;
    private int timeout;
    private int maxTotal;
    //省略其他配置: maxWaitMillis,maxIdle,minIdle...

    public RedisConfig(ConfigSource configSource) {
        this.configSource = configSource;
    }

    public String getAddress() {
        return this.address;
    }
    //...省略其他get()、init()方法...

    public void update() {
      //从configSource加载配置到address/timeout/maxTotal...
    }
}

public class KafkaConfig { //...省略... }
public class MysqlConfig { //...省略... }

现在,有一个新的功能需求,希望支持 RedisKafka 配置信息的热更新。所谓“热更新(hot update)”就是,如果在配置中心中更改了配置信息,我们希望在不用重启系统的情况下,能将最新的配置信息加载到内存中(也就是 RedisConfigKafkaConfig 类中)。但是,因为某些原因,我们并不希望对 MySQL 的配置信息进行热更新。

为了实现这样一个功能需求,我们设计实现了一个 ScheduledUpdater 类,以固定时间频率(periodInSeconds)来调用 RedisConfigKafkaConfigupdate() 方法更新配置信息。具体的代码实现如下所示:

public interface Updater {
  void update();
}

public class RedisConfig implemets Updater {
  //...省略其他属性和方法...
  @Override
  public void update() { //... }
}

public class KafkaConfig implements Updater {
  //...省略其他属性和方法...
  @Override
  public void update() { //... }
}

public class MysqlConfig { //...省略其他属性和方法... }

public class ScheduledUpdater {
    private final ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();;
    private long initialDelayInSeconds;
    private long periodInSeconds;
    private Updater updater;

    public ScheduleUpdater(Updater updater, long initialDelayInSeconds, long periodInSeconds) {
        this.updater = updater;
        this.initialDelayInSeconds = initialDelayInSeconds;
        this.periodInSeconds = periodInSeconds;
    }

    public void run() {
        executor.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                updater.update();
            }
        }, this.initialDelayInSeconds, this.periodInSeconds, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

public class Application {
  ConfigSource configSource = new ZookeeperConfigSource(/*省略参数*/);
  public static final RedisConfig redisConfig = new RedisConfig(configSource);
  public static final KafkaConfig kafkaConfig = new KakfaConfig(configSource);
  public static final MySqlConfig mysqlConfig = new MysqlConfig(configSource);

  public static void main(String[] args) {
    ScheduledUpdater redisConfigUpdater = new ScheduledUpdater(redisConfig, 300, 300);
    redisConfigUpdater.run();
    
    ScheduledUpdater kafkaConfigUpdater = new ScheduledUpdater(kafkaConfig, 60, 60);
    redisConfigUpdater.run();
  }
}

刚刚的热更新的需求我们已经搞定了。现在,我们又有了一个新的监控功能需求。通过命令行来查看 Zookeeper 中的配置信息是比较麻烦的。所以,我们希望能有一种更加方便的配置信息查看方式。

我们可以在项目中开发一个内嵌的 SimpleHttpServer,输出项目的配置信息到一个固定的 HTTP 地址,比如:http://127.0.0.1:2389/config。只需要在浏览器中输入这个地址,就可以显示出系统的配置信息。不过,出于某些原因,我们只想暴露 MySQLRedis 的配置信息,不想暴露 Kafka 的配置信息。

改造之后的代码如下所示:

public interface Updater {
  void update();
}

public interface Viewer {
  String outputInPlainText();
  Map<String, String> output();
}

public class RedisConfig implemets Updater, Viewer {
  //...省略其他属性和方法...
  @Override
  public void update() { //... }
  @Override
  public String outputInPlainText() { //... }
  @Override
  public Map<String, String> output() { //...}
}

public class KafkaConfig implements Updater {
  //...省略其他属性和方法...
  @Override
  public void update() { //... }
}

public class MysqlConfig implements Viewer {
  //...省略其他属性和方法...
  @Override
  public String outputInPlainText() { //... }
  @Override
  public Map<String, String> output() { //...}
}

public class SimpleHttpServer {
  private String host;
  private int port;
  private Map<String, List<Viewer>> viewers = new HashMap<>();
  
  public SimpleHttpServer(String host, int port) {//...}
  
  public void addViewers(String urlDirectory, Viewer viewer) {
    if (!viewers.containsKey(urlDirectory)) {
      viewers.put(urlDirectory, new ArrayList<Viewer>());
    }
    this.viewers.get(urlDirectory).add(viewer);
  }
  
  public void run() { //... }
}

public class Application {
    ConfigSource configSource = new ZookeeperConfigSource();
    public static final RedisConfig redisConfig = new RedisConfig(configSource);
    public static final KafkaConfig kafkaConfig = new KakfaConfig(configSource);
    public static final MySqlConfig mysqlConfig = new MySqlConfig(configSource);
    
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledUpdater redisConfigUpdater =
            new ScheduledUpdater(redisConfig, 300, 300);
        redisConfigUpdater.run();
        
        ScheduledUpdater kafkaConfigUpdater =
            new ScheduledUpdater(kafkaConfig, 60, 60);
        redisConfigUpdater.run();
        
        SimpleHttpServer simpleHttpServer = new SimpleHttpServer(“127.0.0.1”, 2389);
        simpleHttpServer.addViewer("/config", redisConfig);
        simpleHttpServer.addViewer("/config", mysqlConfig);
        simpleHttpServer.run();
    }
}

至此,热更新和监控的需求就都实现了。来回顾一下这个例子的设计思想。

我们设计了两个功能非常单一的接口:UpdaterViewerScheduledUpdater 只依赖 Updater 这个跟热更新相关的接口,不需要被强迫去依赖不需要的 Viewer 接口,满足接口隔离原则。同理,SimpleHttpServer 只依赖跟查看信息相关的 Viewer 接口,不依赖不需要的 Updater 接口,也满足接口隔离原则。

你可能会说,如果我们不遵守接口隔离原则,不设计 UpdaterViewer 两个小接口,而是设计一个大而全的 Config 接口,让 RedisConfigKafkaConfigMysqlConfig 都实现这个 Config 接口,并且将原来传递给 ScheduledUpdaterUpdater 和传递给 SimpleHttpServerViewer,都替换为 Config,那会有什么问题呢?我们先来看一下,按照这个思路来实现的代码是什么样的。

public interface Config {
  void update();
  String outputInPlainText();
  Map<String, String> output();
}

public class RedisConfig implements Config {
  //...需要实现Config的三个接口update/outputIn.../output
}

public class KafkaConfig implements Config {
  //...需要实现Config的三个接口update/outputIn.../output
}

public class MysqlConfig implements Config {
  //...需要实现Config的三个接口update/outputIn.../output
}

public class ScheduledUpdater {
  //...省略其他属性和方法..
  private Config config;

  public ScheduleUpdater(Config config, long initialDelayInSeconds, long periodInSeconds) {
      this.config = config;
      //...
  }
  //...
}

public class SimpleHttpServer {
  private String host;
  private int port;
  private Map<String, List<Config>> viewers = new HashMap<>();
 
  public SimpleHttpServer(String host, int port) {//...}
  
  public void addViewer(String urlDirectory, Config config) {
    if (!viewers.containsKey(urlDirectory)) {
      viewers.put(urlDirectory, new ArrayList<Config>());
    }
    viewers.get(urlDirectory).add(config);
  }
  
  public void run() { //... }
}

这样的设计思路也是能工作的,但是对比前后两个设计思路,在同样的代码量、实现复杂度、同等可读性的情况下,第一种设计思路显然要比第二种好很多。为什么这么说呢?主要有两点原因。

首先,第一种设计思路更加灵活、易扩展、易复用。因为 UpdaterViewer 职责更加单一,单一就意味了通用、复用性好。比如,我们现在又有一个新的需求,开发一个 Metrics 性能统计模块,并且希望将 Metrics 也通过 SimpleHttpServer 显示在网页上,以方便查看。这个时候,尽管 MetricsRedisConfig 等没有任何关系,但我们仍然可以让 Metrics 类实现非常通用的 Viewer 接口,复用 SimpleHttpServer 的代码实现。具体的代码如下所示:

public class ApiMetrics implements Viewer {//...}
public class DbMetrics implements Viewer {//...}

public class Application {
    ConfigSource configSource = new ZookeeperConfigSource();
    public static final RedisConfig redisConfig = new RedisConfig(configSource);
    public static final KafkaConfig kafkaConfig = new KakfaConfig(configSource);
    public static final MySqlConfig mySqlConfig = new MySqlConfig(configSource);
    public static final ApiMetrics apiMetrics = new ApiMetrics();
    public static final DbMetrics dbMetrics = new DbMetrics();
    
    public static void main(String[] args) {
        SimpleHttpServer simpleHttpServer = new SimpleHttpServer(“127.0.0.1”, 2389);
        simpleHttpServer.addViewer("/config", redisConfig);
        simpleHttpServer.addViewer("/config", mySqlConfig);
        simpleHttpServer.addViewer("/metrics", apiMetrics);
        simpleHttpServer.addViewer("/metrics", dbMetrics);
        simpleHttpServer.run();
    }
}

其次,第二种设计思路在代码实现上做了一些无用功。因为 Config 接口中包含两类不相关的接口,一类是 update(),一类是 output()outputInPlainText()。理论上,KafkaConfig 只需要实现 update() 接口,并不需要实现 output() 相关的接口。同理,MysqlConfig 只需要实现 output() 相关接口,并不需要实现 update() 接口。但第二种设计思路要求 RedisConfigKafkaConfigMySqlConfig 必须同时实现 Config 的所有接口函数(update、output、outputInPlainText)。除此之外,如果我们要往 Config 中继续添加一个新的接口,那所有的实现类都要改动。相反,如果我们的接口粒度比较小,那涉及改动的类就比较少。

重点回顾

1. 如何理解“接口隔离原则”?

理解“接口隔离原则”的重点是理解其中的“接口”二字。这里有三种不同的理解。

如果把“接口”理解为一组接口集合,可以是某个微服务的接口,也可以是某个类库的接口等。如果部分接口只被部分调用者使用,我们就需要将这部分接口隔离出来,单独给这部分调用者使用,而不强迫其他调用者也依赖这部分不会被用到的接口。

如果把“接口”理解为单个 API 接口或函数,部分调用者只需要函数中的部分功能,那我们就需要把函数拆分成粒度更细的多个函数,让调用者只依赖它需要的那个细粒度函数。

如果把“接口”理解为 OOP 中的接口,也可以理解为面向对象编程语言中的接口语法。那接口的设计要尽量单一,不要让接口的实现类和调用者,依赖不需要的接口函数。

2. 接口隔离原则与单一职责原则的区别

单一职责原则针对的是模块、类、接口的设计。接口隔离原则相对于单一职责原则,一方面更侧重于接口的设计,另一方面它的思考角度也是不同的。接口隔离原则提供了一种判断接口的职责是否单一的标准:通过调用者如何使用接口来间接地判定。如果调用者只使用部分接口或接口的部分功能,那接口的设计就不够职责单一。

参考:理论四:接口隔离原则有哪三种应用?原则中的“接口”该如何理解?



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