软件设计原则 - 里氏替换原则 - 《Java 开发笔记》

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle,LSP）是指如果对每一个类型为 T1 的对象 O1，都有类型为 T2 的对象 O2，使得以 T1 定义的所有程序 P 在所有的对象 O1 都替换成 O2 时，程序 P 的行为没有发生变化，那么类型 T2 是类型 T1 的子类型。

这个定义看上去还是比较抽象的，我们重新理解一下，可以理解为一个软件实体如果适用于一个父类，那么一定是适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象，子类对象能够替换父类对象，而程序逻辑不变。根据这个理解，引申含义为：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。

子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。
子类中可以增加自己特有的方法。
当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的输入/入参）要比父类方法的输入参数更宽松。
当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载或实现抽象方法），方法的后置条件（即方法的输出/返回值）要比父类更严格或与父类一样。

在讲开闭原则的时候埋下了一个伏笔，在获取折扣时重写覆盖了父类的 getPrice() 方法，增加了一个获取原价的方法 getOriginPrice()，显然就违背了里氏替换原则。我们修改一下代码，不应该覆盖 getPrice() 方法，增加 getDiscountPrice() 方法：

public class JavaDiscountCourse extends JavaCourse {
    public JavaDiscountCourse(Integer id, String name, Double price) {
        super(id, name, price);
    }
    public Double getDiscountPrice() {
        return super.getPrice() * 0.61;
    }
}

使用里氏替换原则有以下优点：

约束继承泛滥，是开闭原则的一种体现。
加强程序的健壮性，同时变更时也可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性和扩展性，降低需求变更时引入的风险。

现在来描述一个经典的业务场景，用正方形、矩形和四边形的关系说明里氏替换原则，我们都知道正方形是一个特殊的长方形，那么就可以创建一个长方形父类 Rectangle 类：

public class Rectangle {
    private long height;
    private long width;
    public long getHeight() {
        return height;
    }
    public void setHeight(long height) {
        this.height = height;
    }
    public long getWidth() {
        return width;
    }
    public void setWidth(long width) {
        this.width = width;
    }
}

创建正方形 Square 类继承 Rectangle 类：

public class Square extends Rectangle {
    private long  length;
    public long getLength() {
        return length;
    }
    public void setLength(long length) {
        this.length = length;
    }
    public long getHeight() {
        return getLength();
    }
    public void setHeight(long height) {
        setLength(height);
    }
    public long getWidth() {
        return getLength();
    }
    public void setWidth(long width) {
        setLength(width);
    }
}

在测试类中创建 resize() 方法，长方形的宽应该大于等于高，我们让高一直自增，直到高等于宽变成正方形：

public static void resize(Rectangle rectangle) {
    while (rectangle.getWidth() >= rectangle.getHeight()) {
        rectangle.setHeight(rectangle.getHeight() + 1);
        System.out.println("width:" + rectangle.getWidth() + ",height:" + rectangle.getHeight());
    }
    System.out.println("resize 方法结束" + "\nwidth:" + rectangle.getWidth() + ",height:" + rectangle.getHeight());
}

测试代码如下：

public static void main(String[] args) {
    Rectangle rectangle = new Rectangle();
    rectangle.setWidth(20);
    rectangle.setHeight(10);
    resize(rectangle);
}

运行结果如下图所示。

运行结果发现高比宽还大了，在长方形中是一种非常正常的情况。现在我们再来看下面的代码，
把长方形 Rectangle 替换成它的子类正方形 Square，修改测试代码：

public static void main(String[] args) {
    Square square = new Square();
    square.setLength(10);
    resize(square);
}

上述代码运行时出现了死循环，违背了里氏替换原则，将父类替换为子类后，程序运行结果没有达到预期。因此，我们的代码设计是存在一定风险的。里氏替换原则只存在于父类与子类之间，约束继承泛滥。我们再来创建一个基于长方形与正方形共同的抽象四边形 Quadrangle 接口：

public interface Quadrangle {
    long getWidth();
    long getHeight();
}

修改长方形类 Rectangle：

public class Rectangle  implements Quadrangle {
    private long height;
    private long width;
    @Override
    public long getHeight() {
        return height;
    }
    public void setHeight(long height) {
        this.height = height;
    }
    @Override
    public long getWidth() {
        return width;
    }
    public void setWidth(long width) {
        this.width = width;
    }
}

修改正方形类 Square：

public class Square implements Quadrangle {
    private long length;
    public long getLength() {
        return length;
    }
    public void setLength(long length) {
        this.length = length;
    }
    @Override
    public long getHeight() {
        return getLength();
    }
    @Override
    public long getWidth() {
        return getLength();
    }
}

此时，如果我们把 resize() 方法的参数换成四边形 Quadrangle 类，方法内部就会报错。因为正方形 Square 已经没有了 setWidth() 和 setHeight() 方法了。因此，为了约束继承泛滥，resize() 方法参数只能用 Rectangle 类。

摘录：《Spring 5 核心原理与30个类手写实战》来自文艺界的Tom老师的书籍。

作者：殷建卫链接：https://www.yuque.com/yinjianwei/vyrvkf/akhzit 来源：殷建卫 - 架构笔记著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。