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【程序设计】一文讲解程序设计目标:高内聚,低耦合

news 2025/8/10 5:16:42

前言

软件设计的目标是高内聚、低耦合。

如果代码是高耦合和低内聚的，就会出现修改一个逻辑，会导致多处代码要修改，可能影响到多个业务链路，这增加了出bug的业务风险，同时增加了测试回归的范围，导致研发成本增加。

耦合和内聚，是我们常挂在嘴边的话，但是大家却说不太清楚，讲不太明白，很难衡量：

什么样的叫高内聚，什么样的叫低耦合？
高内聚要高到什么程度，低耦合要低到什么程度？

3.1 耦合的类型

耦合是描述模块（系统/模块/类/函数）之间相互联系（控制/调用/数据传递）紧密程度的一种度量。

紧耦合：模块之间联系越紧密，耦合性就越强，模块的独立性则越差；
松耦合：模块之间联系越松散，单个模块解决问题的目的越明确，模块的独立性越强。

✪ 3.1.1 非直接耦合（Nondirect Coupling）

如果两个模块之间没有直接关系，它们之间的联系完全是通过主模块控制调用来实现的，这就是非直接耦合，这种耦合的模块独立性最强。

class User {long userId;String userNick;
}class MessageService {void pushMessage(long userId, String message);
}class UserLoginService {void onLoginEvent(long userId) {User user = queryUserById(userId);String message = user.getUserNick() + "登录成功。";messageService.pushMessage(userId, message);}
}
}

✪ 3.1.2 数据耦合（Data Coupling）

如果一个模块访问另一个模块时，彼此之间是通过数据参数(不是控制参数、公共数据结构或外部变量)来交换输入、输出信息的，则称这种耦合为数据耦合，它是较好的耦合形式。

class MessageService {void pushMessage(long userId, String userNick) {String message = userNick + "登录成功。";doPushMessage(userId, message);}
}class UserLoginService {void onLoginEvent(User user) {messageService.pushMessage(user.getUserId(), user.getUserNick());}
}

✪ 3.1.3 印记（引用）耦合（Stamp Coupling）

当模块之间使用复合数据结构进行通信时，就会发生印记耦合。

复合数据结构可以是数组、类、结构体、联合体等的引用，通过复合数据结构在模块之间传递的参数，可能会或不会被接收模块完全使用。

class User {long userId;String userNick;// 该属性未被MessageService使用int level;
}class MessageService {void pushMessage(User user) {String message = user.getUserNick() + "登录成功。";doPushMessage(user.getUserId(), message);}
}class UserLoginService {void onLoginEvent(User user) {messageService.pushMessage(user);}
}

印记耦合优点：

把模块A的引用一把传递给模块B，模块B只需要接受少量参数，接口说明简单。

印记耦合缺点：

不必要的参数：模块B可能只使用了模块A中部分的数据；
模块B捆绑了模块A：任何需要用到模块B的地方，都需要先获取到模块A，无法脱离模块A单独使用；
修改可能互相影响：修改模块A或模块B，可能导致对方也需要跟着修改，不符合开闭原则。

印记耦合优化：

增加入参数类型，仅传入模块需要的必要数据，如下：

✪ 3.1.4 控制耦合（Control Coupling）

如果一个模块通过传送开关、标志等控制信息，明显地控制选择另一模块的功能，就是控制耦合。

class MessageService {void pushMessage(long userId, bool isNewUser) {if(isNewUser) {doPushMessage(userId, "登录成功。");}}
}class UserLoginService {void onLoginEvent(User user) {messageService.pushMessage(user.getUserId, user.getIsNewUser());}
}

数据耦合和控制耦合的主要区别：

在数据耦合中，模块之间的依赖关系非常小，而在控制耦合中，模块之间的依赖关系很高。在数据耦合中，模块之间通过传递数据进行通信，而在控制耦合中，模块之间通过传递模块的控制信息进行通信；

控制耦合优化：

把控制的逻辑放在模块A之中，或增加模块C封装控制逻辑，不然模块B只做某一件独立的事情。

✪ 3.1.5 外部耦合（External Coupling）

外部耦合，是指多个模块同时依赖同一个外部因素（IO设备/文件/协议/DB等），如上图所示：外部耦合与与外部设备的通信有关，而不是与公共数据或数据流有关。

一个模块对外部数据或通信协议所做的任何更改都会影响其他模块，可以通过增加中间模块隔离外部变化来降低耦合度，如下：

✪ 3.1.6 共用耦合(Common Coupling)

共用耦合是指不同的模块共享全局数据的信息（全局数据结构、共享的通信区、内存的公共覆盖区）。

public Response loadInitInfo(Request request) {// request&response是Commands的全局数据Response response = new Response();commandExecutor.serial(request, response,orderRenderRateLimitCommand,renderInitResponseCommand,renderEnrichTradeNoCommand,renderEnrichItemCommand,renderEnrichCombinationCommand,renderEnrichPriceCommand);return response;
}

共用耦合的问题：

较难控制各个模块对公共数据的存取，容易影响模块的可靠性和适应性；
使软件的可维护性变差，若一个模块修改了共用数据，则会影响相关模块；
降低了软件的可理解性，不容易清楚知道哪些数据被哪些模块所共享，排错困难。

✪ 3.1.7 内容耦合(Content Coupling)

内容耦合在低级语言（汇编）中出现，高级语言从设计上已避免出现内容耦合。

如果发生下列情形，两个模块之间就发生了内容耦合：

一个模块直接访问另一个模块的内部数据；
一个模块不通过正常入口而直接转入到另一个模块的内部；
两个模块有一部分代码重叠（该部分代码具有一定的独立功能）；
一个模块有多个入口。

3.2 内聚的类型

内聚，是描述一个模块内各元素彼此结合的紧密程度，是从功能角度来度量模块内的联系。

低内聚：模块内的元素的职责相关性低，通常也意味着模块与外部是紧耦合的。
高内聚：模块内的元素的职责相关性强，通常也意味着模块与外部是松耦合的。

通常，解决了耦合的问题，就解决了内聚的问题，反之亦然。

✪ 3.2.1 偶然性内聚

偶然内聚，一个模块内的各元素之间没有任何联系，仅是恰好放在同一个模块内，业务的“Util/Helper”类有大量例子。

问题的原因：通常是模块名起的过于抽象，导致不同职责的元素都可以放进去，从而引起了低内聚。

问题的解法：将抽象的模块拆解成多个更小的具体模块，例如RetailTradeHelper可以拆为OrderAmountHelper/OrderPaymentParamHelper。

✪ 3.2.2 逻辑性内聚

逻辑内聚，把几种相关的功能组合在一起，由调用方传入的参数来确定具体执行哪一种功能。

逻辑内聚是一种“低内聚”，某程度上对应了“控制耦合”，它把内部的逻辑处理暴露给了接口之外，当内部逻辑发生变更时，原本无辜的调用方也会受牵连改动。

public void syncOrder(Order order, String dist) {if(dist == "oc") {syncOrder2Oc(order);}if(dist == "mis") {syncOrder2Mis(order);}if(dist == "tp") {syncOrder2Tp(order);}
}