怎样设计合适的接口(1)
[ 作者: 李炜 添加时间: 2001-9-3 8:06:50 ]
作者：李炜 北京杰合伟业软件公司产品技术部经理
来源: www.cn.ibm.com
摘要：我们在设计系统接口时，经常会遇到这样的问题：
我们的接口应该提供多少方法才合适？
我们的接口应该提供"原子方法"还是"复合方法"？
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：
并发引入了不确定性和环境（context）选择的开销；
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：
public interface Iterator{
boolean hasNext();
Object next();
void remove();
}
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：
for(initialization; continuation condition; advance){
... access for use ...
}
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：
Iterator iterator = collection.iterator();
while(iterator.hasNext();){
Object current = iterator.next();
... use current...
}
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：
interface EventSource{
Handler getHandler(Event event);
void installHandler(Event event, Handler newHandler);
}
线程之间的交叉调用可能会引起意想不到的结果。假设source域引用一个线程共享的对象，对象很可能在1、2之间被另一个线程安装了一个新的句柄：
class EventSourceExample{
public void example(Event event, Handler newHandler){
oldHandler = eventSource.getHandler(event); // 1
//对象很可能在这里被另一个线程安装了一个新的句柄
eventSource.installHandler(event, newHandler); // 2
}
private EventSource eventSource;
private Handler oldHandler;
}
