软件设计之高内聚低耦合

内聚（Cohesion）是一个模块内部各成分之间相关联程度的度量。耦合（Coupling）是模块之间依赖程度的度量。内聚和耦合是密切相关的，与其它模块存在强耦合的模块通常意味着弱内聚，而强内聚的模块通常意味着与其它模块之间存在弱耦合。模块设计追求强内聚，弱耦合。

一、什么是耦合度

软件设计中通常用耦合度和内聚度作为衡量模块独立程度的标准。划分摸块的一个准则就是高内聚低耦合。 耦合度(Coupling)是对模块间关联程度的度量。耦合的强弱取决与模块间接口的复杂性、调用模块的方式以及通过界面传送数据的多少。 模块间的耦合度是指模块之间的依赖关系，包括控制关系、调用关系、数据传递关系。模块间联系越多，其耦合性越强，同时表明其独立性越差。降低模块间的耦合度能减少模块间的影响，防止对某一模块修改所引起的“牵一发动全身”的水波效应，保证系统设计顺利进行。 内聚和耦合密切相关，同其它模块存在强耦合关系的模块常意味这弱内聚，强内聚常意味着弱耦合。

耦合度就是某模块（类）与其它模块（类）之间的关联、感知和依赖的程度，是衡量代码独立性的一个指标，也是软件工程设计及编码质量评价的一个标准。耦合的强度依赖于以下几个因素：

（1）一个模块对另一个模块的调用；

（2）一个模块向另一个模块传递的数据量；

（3）一个模块施加到另一个模块的控制的多少；

（4）模块之间接口的复杂程度。

1、内聚强度

内聚按强度从低到高有以下几种类型：

（1） 偶然内聚。如果一个模块的各成分之间毫无关系，则称为偶然内聚。

（2） 逻辑内聚。几个逻辑上相关的功能被放在同一模块中，则称为逻辑内聚。如一个模块读取各种不同类型外设的输入。尽管逻辑内聚比偶然内聚合理一些，但逻辑内聚的模块各成分在功能上并无关系，即使局部功能的修改有时也会影响全局，因此这类模块的修改也比较困难。

（3） 时间内聚。如果一个模块完成的功能必须在同一时间内执行（如系统初始化），但这些功能只是因为时间因素关联在一起，则称为时间内聚。

（4） 过程内聚。如果一个模块内部的处理成分是相关的，而且这些处理必须以特定的次序执行，则称为过程内聚。

（5） 通信内聚。如果一个模块的所有成分都操作同一数据集或生成同一数据集，则称为通信内聚。

（6） 顺序内聚。如果一个模块的各个成分和同一个功能密切相关，而且一个成分的输出作为另一个成分的输入，则称为顺序内聚。

（7） 功能内聚。模块的所有成分对于完成单一的功能都是必须的，则称为功能内聚。

2、耦合强度

耦合的强度依赖于以下几个因素：（1）一个模块对另一个模块的调用；（2）一个模块向另一个模块传递的数据量；（3）一个模块施加到另一个模块的控制的多少；（4）模块之间接口的复杂程度。

耦合按从强到弱的顺序可分为以下几种类型：

（1）内容耦合。当一个模块直接修改或操作另一个模块的数据,或者直接转入另一个模块时，就发生了内容耦合。此时，被修改的模块完全依赖于修改它的模块。

（2）公共耦合。两个以上的模块共同引用一个全局数据项就称为公共耦合。

（3）控制耦合。一个模块在界面上传递一个信号（如开关值、标志量等）控制另一个模块，接收信号的模块的动作根据信号值进行调整，称为控制耦合。

（4）标记耦合。模块间通过参数传递复杂的内部数据结构，称为标记耦合。此数据结构的变化将使相关的模块发生变化。

（5）数据耦合。模块间通过参数传递基本类型的数据，称为数据耦合。

（6）非直接耦合。模块间没有信息传递时，属于非直接耦合。
如果模块间必须存在耦合，就尽量使用数据耦合，少用控制耦合，限制公共耦合的范围，坚决避免使用内容耦合。

二、为什么要低耦合

了解什么是耦合及耦合的分类后，我想大家对为什么要降低耦合度已经有一定的认识，并且多数开发人员也大概尝尽了高耦合带来的苦头。道理很简单，耦合度很高的情况下，维护代码时修改一个地方会牵连到很多地方，如果修改时没有理清这些耦合关系，那么带来的后果可能会是灾难性的，特别是对于需求变化较多以及多人协作开发维护的项目，修改一个地方会引起本来已经运行稳定的模块错误，严重时会导致恶性循环，问题永远改不完，开发和测试都在各种问题之间奔波劳累，最后导致项目延期，用户满意度降低，成本也增加了，这对用户和开发商影响都是很恶劣的，各种风险也就不言而喻了。

为了预防这些问题的发生，其中一个重要手段就是降低代码的耦合度。但也不可能有绝对的零耦合，比如基于J2EE编程那就必须和JDK耦合，而且高耦合也不是一无是处，如果在设计前期预料到某功能后期基本不用修改，那么即使高耦合了也关系不大。但是，在还没有能力设计出基本不用修改的代码前，还得要求以低耦合为标准。那么怎样才能最大限度地降低耦合度呢？下面介绍降低耦合度的几种方法。

三、降低耦合度的方法

1、少使用类的继承，多用接口隐藏实现的细节。 Java面向对象编程引入接口除了支持多态外， 隐藏实现细节也是其中一个目的。

2、模块的功能化分尽可能的单一，道理也很简单，功能单一的模块供其它模块调用的机会就少。（其实这是高内聚的一种说法，高内聚低耦合一般同时出现，为了限制篇幅，我们将在以后的版期中讨论）。

3、遵循一个定义只在一个地方出现。

4、少使用全局变量。

5、类属性和方法的声明少用public，多用private关键字，

6、多用设计模式，比如采用MVC的设计模式就可以降低界面与业务逻辑的耦合度。

7、尽量不用“硬编码”的方式写程序，同时也尽量避免直接用SQL语句操作数据库。

8、最后当然就是避免直接操作或调用其它模块或类（内容耦合）；如果模块间必须存在耦合，原则上尽量使用数据耦合，少用控制耦合，限制公共耦合的范围，避免使用内容耦合。

内聚： 故名思议，表示内部间聚集、关联的长度，那么高内聚就是指要高度的聚集和关联。

高内聚:类与类之间的关系而定，高，意思是他们之间的关系要简单，明了，不要有很强的关系，不然，运行起来就会出问题。一个类的运行影响到其他的类。由于高内聚具备鲁棒性，可靠性，可重用性，可读性等优点，模块设计推荐采用高内聚。

这是软件工程中的概念,是判断设计好坏的标准，主要是面向OO的设计，主要是看类的内聚性是否高，偶合度是否低

“高内聚，低耦合”,首先要知道一个软件是由多个子程序组装而成，而一个程序由多个模块(方法)构成！“高内聚，低耦合”主要是阐述的面向对象系统中，各个类需要职责分离的思想。 每一个类完成特定的独立的功能，这个就是高内聚。耦合就是类之间的互相调用关系，如果耦合很强，互相牵扯调用很多，那么会牵一发而动全身，不利于维护和扩展。

类之间的设置应该要低耦合,但是每个类应该要高内聚.耦合是类之间相互依赖的尺度.如果每个对象都有引用其它所有的对象,那么就有高耦合,这是不合乎要求的,因为在两个对象之间,潜在性地流动了太多信息.低耦合是合乎要求的:它意味着对象彼此之间更独立的工作.低耦合最小化了修改一个类而导致也要修改其它类的”连锁反应”. 内聚是一个类中变量与方法连接强度的尺度.高内聚是值得要的,因为它意味着类可以更好地执行一项工作.低内聚是不好的,因为它表明类中的元素之间很少相关.成分之间相互有关联的模块是合乎要求的.每个方法也应该高内聚.大多数的方法只执行一个功能.不要在方法中添加’额外’的指令,这样会导致方法执行更多的函数.

推广开来说，这个思想并不限于类与类之间的关系。模块和模块，子系统之间也都要遵守这个原则，才可以设计出延展性比较强的系统。