整洁架构SOLID-里氏替换原则(LSP)

定义

1988年，Barbara Liskov在描述如何定义子类型时写下了这样一段话：

这里需要的是一种可替换性：如果对于每个类型是S的对象o1都存在一个类型为T的对象o2，能使操作T类型的程序P在用o2替换o1时行为保持不变，我们就可以将S称为T的子类型。

这段话中所体现的设计理念，就是里氏替换原则(LSP)。

上述定义可以总结为：

假设我们有一个License类，其结构如下图所示。该类中有一个名为calcFee()的方法，该方法将由Billing应用程序来调用。而License类有两个"子类型"：PersonalLicense与BusinessLicense，这两个类会用不同的算法来计算授权费用。

上述设计是符合LSP原则的，因为Billing应用程序的行为并不依赖于其使用的任何一个衍生类。也就是说，这两个衍生类的对象都是可以用来替换License类对象的。

正方形/长方形问题是一个著名的违反LSP的设计案例，结构图如下所示：

在这个案例中，Square类并不是Rectangle类的子类型，因为Rectangle类的高和宽可以分别修改，而Square类的高和宽则必须一同修改。由于User类始终认为自己在操作Rectangle类，因此会带来一些混淆。例如在下面的代码中：

Rectangle r = ...r.setW(5);
r.setW(5);

r.setH(2);
assert(r.area()== 10);

很显然，如果上述代码在...处返回的是Square类，则最后的这个assert是不会成立的。

如果想要防范这种违反LSP的行为，唯一的办法就是在User类中增加用于区分Rectangle和Square的检测逻辑（例如增加if语句）。但这样一来，User类的行为又将依赖于它所使用的类，这两个类就不能互相替换了。

我们的普遍认知正如上文所说，认为LSP只不过是指导如何使用继承关系的一种方法，然而随着时间的推移，LSP逐渐演变成了一种更广泛的、指导接口与其实现方式的设计原则。

这里提到的接口可以有多种形式：

LSP适用于上述所有的应用场景，因为这些场景中的用户都依赖于一种接口，并且都期待实现该接口的类之间能具有可替换性。

想要从软件架构的角度来理解LSP的意义，最好的办法还是来看一个反面案例。

假设我们现在正在构建一个提供出租车调度服务的系统。在该系统中，用户可以通过访问我们的网站，从多个出租车公司内寻找最适合自己的出租车。当用户选定车子时，该系统会通过调用restful服务接口来调度这辆车。

接下来，我们再假设该restful调度服务接口的URI被存储在司机数据库中。一旦该系统选中了最合适的出租车司机，它就会从司机数据库的记录中读取相应的URI信息，并通过调用这个URI来调度汽车。

也就是说，如果司机Bob的记录中包含如下调度URI：

purplecab.com/driver/Bob

那么，我们的系统就会将调度信息附加在这个URI上，并发送这样一个PUT请求：

purplecab.com/driver/Bob
    /pickupAddress/24 Maple St.
    /pickupTime/153
    /destination/ORD

这意味着所有参与该调度服务的公司都必须遵守同样的REST接口，它们必须用同样的方式处理pickupAddress、pickupTime和destination字段

接下来，我们再假设Acme出租车公司现在招聘的程序员由于没有仔细阅读上述接口定义，结果将destination字段缩写成了dest。

这会对系统的架构造成什么影响呢？

显然，我们需要为系统增加一类特殊用例，以应对Acme司机的调度请求。而这必须要用另外一套规则来构建。

最简单的做法当然是增加一条if语句：

if（driver.getDispatchUri().startsWith("acme.com")）...

然而很明显，任何一个称职的软件架构师都不会允许这样一条语句出现在自己的系统中。因为直接将"acme"这样的字串写入代码会留下各种各样神奇又可怕的错误隐患，甚至会导致安全问题。

Acme也许会变得更加成功，最终收购了Purple出租车公司。然后，它们在保留了各自名字的同时却统一了彼此的计算机系统。在这种情况下，系统中难道还要再增加一条"purple"的特例吗？

软件架构师应该创建一个调度请求创建组件，并让该组件使用一个配置数据库来保存URI组装格式，这样的方式可以保护系统不受外界因素变化的影响。例如其配置信息可以如下：

但这样一来，软件架构师就需要通过增加一个复杂的组件来应对并不完全能实现互相替换的restful服务接口。

整体思想：根据调用方的需求抽象出一套getUrl的接口，对于不同的公司可以实现这个接口。将差异性（变化点）封装，加一个抽象层，磨平差异。

LSP可以且应该被应用于软件架构层面，因为一旦违背了可替换性，该系统架构就不得不为此增添大量复杂的应对机制。

参考内容来源于：《架构整洁之道》