对扩展开放、修改关闭
1 如何理解“对扩展开放、修改关闭”？
开闭原则的英文全称是 Open Closed Principle，简写为 OCP
英文描述是：software entities (modules, classes, functions, etc.) should be open for extension , but closed for modification。
软件实体（模块、类、方法等）应该“对扩展开放、对修改关闭”。
添加一个新的功能应该是，在已有代码基础上扩展代码（新增模块、类、方法等），而非修改已有代码（修改模块、类、方法等）。
1.1 API 接口监控告警的代码。
- AlertRule 存储告警规则，可以自由设置。
- Notification 是告警通知类，支持邮件、短信、微信、手机等多种通知渠道。
- NotificationEmergencyLevel 表示通知的紧急程度，包括 SEVERE（严重）、URGENCY（紧急）、NORMAL（普通）、TRIVIAL（无关紧要），不同的紧急程度对应不同的发送渠道。
public class Alert {
private AlertRule rule;
private Notification notification;
public Alert(AlertRule rule, Notification notification) {
this.rule = rule;
this.notification = notification;
}
public void check(String api, long requestCount, long errorCount, long durationOfSeconds) {
long tps = requestCount / durationOfSeconds;
if (tps > rule.getMatchedRule(api).getMaxTps()) {
notification.notify(NotificationEmergencyLevel.URGENCY, "...");
}
if (errorCount > rule.getMatchedRule(api).getMaxErrorCount()) {
notification.notify(NotificationEmergencyLevel.SEVERE, "...");
}
}
}
上面这段代码非常简单，业务逻辑主要集中在 check() 函数中。当接口的 TPS 超过某个预先设置的最大值时，以及当接口请求出错数大于某个最大允许值时，就会触发告警，通知接口的相关负责人或者团队。
1.2 需要添加一个功能
当每秒钟接口超时请求个数，超过某个预先设置的最大阈值时，我们也要触发告警发送通知。
我们该如何改动代码呢？主要的改动有两处：
- 第一处是修改 check() 函数的入参，添加一个新的统计数据 timeoutCount，表示超时接口请求数；
- 第二处是在 check() 函数中添加新的告警逻辑
public class Alert {
// ...省略AlertRule/Notification属性和构造函数...
// 改动一：添加参数timeoutCount
public void check(String api, long requestCount, long errorCount, long timeoutCount, long durationOfSeconds) {
long tps = requestCount / durationOfSeconds;
if (tps > rule.getMatchedRule(api).getMaxTps()) {
notification.notify(NotificationEmergencyLevel.URGENCY, "...");
}
if (errorCount > rule.getMatchedRule(api).getMaxErrorCount()) {
notification.notify(NotificationEmergencyLevel.SEVERE, "...");
}
// 改动二：添加接口超时处理逻辑
long timeoutTps = timeoutCount / durationOfSeconds;
if (timeoutTps > rule.getMatchedRule(api).getMaxTimeoutTps()) {
notification.notify(NotificationEmergencyLevel.URGENCY, "...");
}
}
}
这样的代码修改实际上存在挺多问题的。
- 一方面，我们对接口进行了修改，这就意味着调用这个接口的代码都要做相应的修改。
- 另一方面，修改了 check() 函数，相应的单元测试都需要修改
上面的代码改动是基于“修改”的方式来实现新功能的
1.3 先重构一下之前的 Alert 代码
重构的内容主要包含两部分：
- 第一部分是将 check() 函数的多个入参封装成 ApiStatInfo 类；
- 第二部分是引入 handler 的概念，将 if 判断逻辑分散在各个 handler 中。
public class Alert {
private List<AlertHandler> alertHandlers = new ArrayList<>();
public void addAlertHandler(AlertHandler alertHandler) {
this.alertHandlers.add(alertHandler);
}
public void check(ApiStatInfo apiStatInfo) {
for (AlertHandler handler : alertHandlers) {
handler.check(apiStatInfo);
}
}
}
public class ApiStatInfo {//省略constructor/getter/setter方法
private String api;
private long requestCount;
private long errorCount;
private long durationOfSeconds;
}
public abstract class AlertHandler {
protected AlertRule rule;
protected Notification notification;
public AlertHandler(AlertRule rule, Notification notification) {
this.rule = rule;
this.notification = notification;
}
public abstract void check(ApiStatInfo apiStatInfo);
}
public class TpsAlertHandler extends AlertHandler {
public TpsAlertHandler(AlertRule rule, Notification notification) {
super(rule, notification);
}
@Override
public void check(ApiStatInfo apiStatInfo) {
long tps = apiStatInfo.getRequestCount()/ apiStatInfo.getDurationOfSeconds();
if (tps > rule.getMatchedRule(apiStatInfo.getApi()).getMaxTps()) {
notification.notify(NotificationEmergencyLevel.URGENCY, "...");
}
}
}
public class ErrorAlertHandler extends AlertHandler {
public ErrorAlertHandler(AlertRule rule, Notification notification){
super(rule, notification);
}
@Override
public void check(ApiStatInfo apiStatInfo) {
if (apiStatInfo.getErrorCount() > rule.getMatchedRule(apiStatInfo.getApi()).getMaxErrorCount()) {
notification.notify(NotificationEmergencyLevel.SEVERE, "...");
}
}
}
其中，ApplicationContext 是一个单例类，负责 Alert 的创建、组装（alertRule 和 notification 的依赖注入）、初始化（添加 handlers）工作。
public class ApplicationContext {
private AlertRule alertRule;
private Notification notification;
private Alert alert;
public void initializeBeans() {
alertRule = new AlertRule(/*.省略参数.*/); //省略一些初始化代码
notification = new Notification(/*.省略参数.*/); //省略一些初始化代码
alert = new Alert();
alert.addAlertHandler(new TpsAlertHandler(alertRule, notification));
alert.addAlertHandler(new ErrorAlertHandler(alertRule, notification));
}
public Alert getAlert() { return alert; }
// 饿汉式单例
private static final ApplicationContext instance = new ApplicationContext();
private ApplicationContext() {
instance.initializeBeans();
}
public static ApplicationContext getInstance() {
return instance;
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ApiStatInfo apiStatInfo = new ApiStatInfo();
// ...省略设置apiStatInfo数据值的代码
ApplicationContext.getInstance().getAlert().check(apiStatInfo);
}
}
1.4 如何改动代码
基于重构之后的代码，如果再添加上面讲到的那个新功能，每秒钟接口超时请求个数超过某个最大阈值就告警，我们又该如何改动代码呢？主要的改动有下面四处。
- 第一处改动是：在 ApiStatInfo 类中添加新的属性 timeoutCount。
- 第二处改动是：添加新的 TimeoutAlertHander 类。
- 第三处改动是：在 ApplicationContext 类的 initializeBeans() 方法中，往 alert 对象中注册新的 timeoutAlertHandler。
- 第四处改动是：在使用 Alert 类的时候，需要给 check() 函数的入参 apiStatInfo 对象设置 timeoutCount 的值。
public class Alert { // 代码未改动... }
public class ApiStatInfo {//省略constructor/getter/setter方法
private String api;
private long requestCount;
private long errorCount;
private long durationOfSeconds;
private long timeoutCount; // 改动一：添加新字段
}
public abstract class AlertHandler { //代码未改动... }
public class TpsAlertHandler extends AlertHandler {//代码未改动...}
public class ErrorAlertHandler extends AlertHandler {//代码未改动...}
// 改动二：添加新的handler
public class TimeoutAlertHandler extends AlertHandler {//省略代码...}
public class ApplicationContext {
private AlertRule alertRule;
private Notification notification;
private Alert alert;
public void initializeBeans() {
alertRule = new AlertRule(/*.省略参数.*/); //省略一些初始化代码
notification = new Notification(/*.省略参数.*/); //省略一些初始化代码
alert = new Alert();
alert.addAlertHandler(new TpsAlertHandler(alertRule, notification));
alert.addAlertHandler(new ErrorAlertHandler(alertRule, notification));
// 改动三：注册handler
alert.addAlertHandler(new TimeoutAlertHandler(alertRule, notification));
}
//...省略其他未改动代码...
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ApiStatInfo apiStatInfo = new ApiStatInfo();
// ...省略apiStatInfo的set字段代码
apiStatInfo.setTimeoutCount(289); // 改动四：设置tiemoutCount值
ApplicationContext.getInstance().getAlert().check(apiStatInfo);
}
2 修改代码就意味着违背开闭原则吗？
在添加新的告警逻辑的时候，尽管改动二（添加新的 handler 类）是基于扩展而非修改的方式来完成的，但改动一、三、四貌似不是基于扩展而是基于修改的方式来完成的，那改动一、三、四不就违背了开闭原则吗？
2.1 改动一：往 ApiStatInfo 类中添加新的属性 timeoutCount
开闭原则的定义：软件实体（模块、类、方法等）应该“对扩展开放、对修改关闭”。
开闭原则可以应用在不同粒度的代码中，可以是模块，也可以类，还可以是方法（及其属性）
同样一个代码改动，在粗代码粒度下，被认定为“修改”，在细代码粒度下，又可以被认定为“扩展”。
改动一，添加属性和方法相当于修改类，在类这个层面，这个代码改动可以被认定为“修改”；但这个代码改动并没有修改已有的属性和方法，在方法（及其属性）这一层面，它又可以被认定为“扩展”。
实际上，我们也没必要纠结某个代码改动是“修改”还是“扩展”，更没必要太纠结它是否违反“开闭原则”。我们回到这条原则的设计初衷：只要它没有破坏原有的代码的正常运行，没有破坏原有的单元测试，我们就可以说，这是一个合格的代码改动。
2.2 改动三和改动四
在 ApplicationContext 类的 initializeBeans() 方法中，往 alert 对象中注册新的 timeoutAlertHandler；
在使用 Alert 类的时候，需要给 check() 函数的入参 apiStatInfo 对象设置 timeoutCount 的值。
这两处改动都是在方法内部进行的，不管从哪个层面（模块、类、方法）来讲，都不能算是“扩展”，而是地地道道的“修改”。
不过，有些修改是在所难免的，是可以被接受的。
在重构之后的 Alert 代码中，我们的核心逻辑集中在 Alert 类及其各个 handler 中，当我们在添加新的告警逻辑的时候，Alert 类完全不需要修改，而只需要扩展一个新 handler 类。
如果我们把 Alert 类及各个 handler 类合起来看作一个“模块”，那模块本身在添加新的功能的时候，完全满足开闭原则。
而且，我们要认识到，添加一个新功能，不可能任何模块、类、方法的代码都不“修改”，这个是做不到的。
类需要创建、组装、并且做一些初始化操作，才能构建成可运行的的程序，这部分代码的修改是在所难免的。
我们要做的是尽量让修改操作更集中、更少、更上层，尽量让最核心、最复杂的那部分逻辑代码满足开闭原则。
3 如何做到“对扩展开放、修改关闭”？
理论知识和实战经验
如果某段代码在应对未来需求变化的时候，能够做到“对扩展开放、对修改关闭”，那就说明这段代码的扩展性比较好。
为了尽量写出扩展性好的代码，我们要时刻具备扩展意识、抽象意识、封装意识。
我们要多花点时间往前多思考一下，这段代码未来可能有哪些需求变更、如何设计代码结构，事先留好扩展点*，以便在未来需求变更的时候，不需要改动代码整体结构、做到最小代码改动的情况下，新的代码能够很灵活地插入到扩展点上，做到“对扩展开放、对修改关闭”。
- 识别出代码可变部分和不可变部分之后，
- 将可变部分封装起来，隔离变化，
- 提供抽象化的不可变接口，给上层系统使用。
当具体的实现发生变化的时候，我们只需要基于相同的抽象接口，扩展一个新的实现，替换掉老的实现即可，上游系统的代码几乎不需要修改。
4、 支持开闭原则的一些更加具体的方法论。
最常用来提高代码扩展性的方法有：多态、依赖注入、基于接口而非实现编程，以及大部分的设计模式（比如，装饰、策略、模板、职责链、状态等）。
// 这一部分体现了抽象意识
public interface MessageQueue { //... }
public class KafkaMessageQueue implements MessageQueue { //... }
public class RocketMQMessageQueue implements MessageQueue {//...}
public interface MessageFormatter { //... }
public class JsonMessageFormatter implements MessageFormatter {//...}
public class MessageFormatter implements MessageFormatter {//...}
public class Demo {
private MessageQueue msgQueue; // 基于接口而非实现编程
public Demo(MessageQueue msgQueue) { // 依赖注入
this.msgQueue = msgQueue;
}
// msgFormatter：多态、依赖注入
public void sendNotification(Notification notification, MessageFormatter msgFormatter) {
//...
}
}
5 如何在项目中灵活应用开闭原则？
- 如果你开发的是一个业务导向的系统，比如金融系统、电商系统、物流系统等，要想识别出尽可能多的扩展点，就要对业务有足够的了解，能够知道当下以及未来可能要支持的业务需求。
- 如果你开发的是跟业务无关的、通用的、偏底层的系统，比如，框架、组件、类库，你需要了解“它们会被如何使用？今后你打算添加哪些功能？使用者未来会有哪些更多的功能需求？”等问题。
唯一不变的只有变化本身
- 即便我们对业务、对系统有足够的了解，那也不可能识别出所有的扩展点，
- 即便你能识别出所有的扩展点，为这些地方都预留扩展点，这样做的成本也是不可接受的。我们没必要为一些遥远的、不一定发生的需求去提前买单，做过度设计。
最合理的做法是，对于一些比较确定的、短期内可能就会扩展，或者需求改动对代码结构影响比较大的情况，或者实现成本不高的扩展点，在编写代码的时候之后，我们就可以事先做些扩展性设计。
而且，开闭原则也并不是免费的。有些情况下，代码的扩展性会跟可读性相冲突。
对代码进行了重构，重构之后的代码要比之前的代码复杂很多，理解起来也更加有难度。很多时候，我们都需要在扩展性和可读性之间做权衡。
在某些场景下，代码的扩展性很重要，我们就可以适当地牺牲一些代码的可读性；在另一些场景下，代码的可读性更加重要，那我们就适当地牺牲一些代码的可扩展性。
