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詳解golang中接口使用的最佳時機

更新時間：2023年09月10日 10:40:30 作者：starrySky

接口在系統(tǒng)設(shè)計中,以及代碼重構(gòu)優(yōu)化中,是一個不可或缺的工具,能夠幫助我們寫出可擴展,可維護性更強的程序,本文主要為大家介紹一下golang中接口使用的最佳時機,有興趣的可以了解下

1. 引言

接口在系統(tǒng)設(shè)計中，以及代碼重構(gòu)優(yōu)化中，是一個不可或缺的工具，能夠幫助我們寫出可擴展，可維護性更強的程序。

在本文，我們將介紹什么是接口，在此基礎(chǔ)上，通過一個例子來介紹接口的優(yōu)點。但是接口也不是任何場景都可以隨意使用的，我們會介紹接口使用的常見場景，同時也介紹了接口濫用可能帶來的問題，以及一些接口濫用的特征，幫助我們及早發(fā)現(xiàn)接口濫用的情況。

2. 什么是接口

接口是一種工具，在識別出系統(tǒng)中變化部分時，幫助從系統(tǒng)模塊中抽取出變化的部分，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可維護性和可擴展性。接口充當(dāng)了一種契約或規(guī)范，規(guī)定了類或模塊應(yīng)該提供的方法和行為，而不關(guān)心具體的實現(xiàn)細節(jié)。

接口通常用于面向?qū)ο缶幊陶Z言中，如 Java 和 Go 等。在這些語言中，類可以實現(xiàn)一個或多個接口，并提供接口定義的方法的具體實現(xiàn)。通過使用接口，我們可以編寫更靈活、可維護和可擴展的代碼，同時將系統(tǒng)中的變化隔離開來。

接口的實現(xiàn)在不同的編程語言中可能會有所不同。以下簡單展示接口在Java 和 Go 語言中的示例。在Go 語言中，接口是一組方法簽名的集合。實現(xiàn)接口時，類不需要顯式聲明實現(xiàn)了哪個接口，只要一個類型實現(xiàn)了接口中的所有方法，就被視為實現(xiàn)了該接口。

// 定義一個接口
type Shape interface {
    Area() float64
    Perimeter() float64
}
// 實現(xiàn)接口的類型
type Circle struct {
    Radius float64
}
func (c Circle) Area() float64 {
    return math.Pi * c.Radius * c.Radius
}
func (c Circle) Perimeter() float64 {
    return 2 * math.Pi * c.Radius
}

在Java 語言中，接口使用 interface 定義，同時包含所有的方法簽名。類需要通過使用 implements 關(guān)鍵字來實現(xiàn)接口，并提供接口中定義的方法的具體實現(xiàn)。

// 定義一個接口
interface Shape {
    double area();
    double perimeter();
}
// 實現(xiàn)接口的類
class Circle implements Shape {
    private double radius;
    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }
    @Override
    public double area() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
    @Override
    public double perimeter() {
        return 2 * Math.PI * radius;
    }
}

上面示例展示了Java 和 Go語言中接口的定義方式以及接口的實現(xiàn)方式，雖然具體實現(xiàn)方式各不相同，但它們都遵循了相似的概念，接口用于定義規(guī)范和契約，實現(xiàn)類則提供方法的具體實現(xiàn)來滿足接口的要求。

3. 接口的優(yōu)點

在識別出系統(tǒng)變化的部分后，接口能夠幫助我們將系統(tǒng)中變化的部分抽取出來，基于此能夠降低了模塊間的耦合度，能夠提高代碼的可維護性和代碼的模塊化程度，有助于創(chuàng)建更靈活、可擴展和易于維護的代碼。下面我們通過一個簡單的例子來進行說明，詳細討論這些好處。

3.1 初始需求

假設(shè)我們在構(gòu)建一個商城系統(tǒng)，其中一個相對復(fù)雜且重要的模塊為商品價格的計算，計算購物車中各種商品的總價格。價格計算過程相對復(fù)雜，包括了基礎(chǔ)價格、折扣、運費的計算，然后每一塊內(nèi)容都會有比較復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯。

基于此設(shè)計了OrderProcessor結(jié)構(gòu)體，其中的CalculateTotalPrice 實現(xiàn)商品價格的計算，設(shè)計了ShippingCalculator 來計算運費，同時還設(shè)計DiscountCalculator 來計算商品的折扣信息，通過這幾部分的交互配合，共同來完成商家價格的計算。

下面我們通過一段代碼來展示上面的計算流程:

type OrderProcessor struct {
        discountCalculator DiscountCalculator
        taxCalculator      TaxCalculator
}
// 計算總價格
func (tpc OrderProcessor) CalculateTotalPrice(products []Product) float64 {
        total := 0.0
        for _, item := range cart {
                // 獲取商品的基礎(chǔ)價格
                basePrice := item.BasePrice
                // 獲取適用于商品的折扣
                discount := tpc.discountCalculator.CalculateDiscount(item)
                // 計算運費
                shippingCost := tpc.shippingCalculator.CalculateShippingCost(item)
                // 計算商品的最終價格（基礎(chǔ)價格 - 折扣 + 稅費 + 運費）
                finalPrice := basePrice - discount + shippingCost
                total += finalPrice
        }
        return total
}
// 運費計算
type ShippingCalculator struct {}
func (sc ShippingCalculator) CalculateShippingCost(product Product) float64 {
     return 0.0
}
// 折扣計算
type DiscountCalculator struct {}
func (dc DiscountCalculator) CalculateDiscount(product Product) float64 {
      return 0.0 
}

如果這里需求沒有發(fā)生變化，這個流程可以很好得運轉(zhuǎn)下去。假設(shè)這里需要根據(jù)商品的類型來應(yīng)用不同的折扣，之后要怎么支持呢，可以對變化的部分抽取出一個接口，也可以不抽取，都可以支持，我們比較一下沒有使用接口和使用接口的兩種實現(xiàn)方式的區(qū)別。

3.2 不抽象接口

首先是不使用接口的實現(xiàn)，這里我們直接在DiscountCalculator 中疊加邏輯，支持不同類型商品的折扣：

type DiscountCalculator struct{}
func (dc DiscountCalculator) CalculateDiscount(product Product) float64 {
        // 根據(jù)商品類型應(yīng)用不同的折扣邏輯
        switch product.Type {
        case "TypeA":
                return dc.calculateTypeADiscount(product)
        case "TypeB":
                return dc.calculateTypeBDiscount(product)
        default:
                return dc.calculateDefaultDiscount(product)
        }
}
func (dc DiscountCalculator) calculateTypeADiscount(product Product) float64 {
        // 計算 TypeA 商品的折扣
        return product.BasePrice * 0.1 // 例如，假設(shè) TypeA 商品有 10% 的折扣
}
func (dc DiscountCalculator) calculateTypeBDiscount(product Product) float64 {
        // 計算 TypeB 商品的折扣
        return product.BasePrice * 0.15 // 例如，假設(shè) TypeB 商品有 15% 的折扣
}
func (dc DiscountCalculator) calculateDefaultDiscount(product Product) float64 {
        // 默認(rèn)折扣邏輯，如果商品類型未匹配到其他情況
        return product.BasePrice // 默認(rèn)不打折
}

在這里，我們計算商品折扣，直接使用DiscountCalculator 來實現(xiàn)，根據(jù)商品的類型應(yīng)用不同的折扣邏輯。這里使用了 switch 語句來確定應(yīng)該應(yīng)用哪種折扣。這種實現(xiàn)方式雖然在一個類中處理了所有的邏輯，但它可能會導(dǎo)致 DiscountCalculator 類變得龐大且難以維護，特別是當(dāng)折扣邏輯變得更加復(fù)雜或需要頻繁更改時。

3.3 抽象接口

下面我們給出一個使用接口的實現(xiàn)，將不同的折扣邏輯封裝到不同的實現(xiàn)中，以下是使用接口的示例實現(xiàn)：

type OrderProcessor struct {
        // 計算商品價格，直接依賴接口
        discountCalculator DiscountCalculatorInterface
        taxCalculator      TaxCalculator
        shippingCalculator ShippingCalculator
}
// 定義折扣計算器接口
type DiscountCalculatorInterface interface {
        CalculateDiscount(product Product) float64
}
// 定義一個具體的折扣計算器實現(xiàn)
type TypeADiscountCalculator struct{}
func (dc TypeADiscountCalculator) CalculateDiscount(product Product) float64 {
        // 計算 TypeA 商品的折扣
        return product.BasePrice * 0.1 // 例如，假設(shè) TypeA 商品有 10% 的折扣
}
// 定義另一個具體的折扣計算器實現(xiàn)
type TypeBDiscountCalculator struct{}
func (dc TypeBDiscountCalculator) CalculateDiscount(product Product) float64 {
        // 計算 TypeB 商品的折扣
        return product.BasePrice * 0.15 // 例如，假設(shè) TypeB 商品有 15% 的折扣
}

上述示例中，我們定義了一個 DiscountCalculatorInterface 接口以及兩個不同的折扣計算器實現(xiàn)：TypeADiscountCalculator 和 TypeBDiscountCalculator。 OrderProcessorWithInterface 結(jié)構(gòu)體依賴于 DiscountCalculatorInterface 接口，這使得我們可以根據(jù)商品的類型輕松切換不同的折扣策略。

3.4 實現(xiàn)對比

下面我們通過比較上面兩種實現(xiàn)，探討在識別出系統(tǒng)的變化后，讓系統(tǒng)依賴一個接口，相對于依賴一個具體類的優(yōu)點。

首先是對于系統(tǒng)的可擴展性，假設(shè)現(xiàn)在需要支持新的類型的折扣，如果引入了接口，只需實現(xiàn)新的折扣計算器并滿足相同的接口要求，就可以完成預(yù)期的功能。如果我們還是依賴一個具體的類，此時要么在DiscountCalculator 中通過if...else 疊加業(yè)務(wù)邏輯，相對于接口的引入，代碼的可擴展性相比接口的使用就大大降低了。

對于系統(tǒng)的可測試性，如果是定義了接口，我們不需要驗證其他DiscountCalculator 的實現(xiàn)，只需要驗證當(dāng)前新增的處理器即可。如果是依賴一個具體的類，此時如果進行測試，就需要對所有分支進行覆蓋，很容易疏漏。其次，我們也可以輕松模擬不同的折扣計算器實現(xiàn)，驗證 OrderProcessor 的行為。

還有代碼可讀性和可維護性，接口提供了一種清晰的契約，我們可以將DiscountCalculator當(dāng)作一個小的模塊，OrderProcessor通過接口與該模塊進行交互，這使得代碼更易于理解和維護，因為接口充當(dāng)了文檔，明確了每個模塊的預(yù)期行為。

最后，通過接口的定義，OrderProcessor將不再依賴具體的類，而是依賴一個抽象層，降低了系統(tǒng)的耦合度，不再需要關(guān)注折扣的計算，讓折扣的計算變得更加靈活。

通過以上的討論，我們認(rèn)為如果識別出了系統(tǒng)的變化后，該模塊可能存在多個不同方向的變化，應(yīng)該盡量抽取出一個接口，這樣能夠提高系統(tǒng)的可擴展性，可測試性，代碼的可讀性以及可維護性都有一定程度的提高。

4. 何時使用接口

接口可以給我們帶來一系列的優(yōu)點，如松耦合，隔絕變化，提高代碼的可擴展性等，但是濫用接口的話，反而會引入不必要的復(fù)雜性，并增加代碼的理解和維護成本。

有一個核心的準(zhǔn)則，盡量支持依賴具體的類，而不是抽取接口，不要為了使用接口而創(chuàng)造不必要的抽象，這可能會使代碼變得混亂和難以理解。

如果真的使用接口，應(yīng)該確定其在系統(tǒng)設(shè)計中起到促進松耦合和可維護性的作用，而不是增加復(fù)雜性。要在合適的場景下使用接口，并考慮接口設(shè)計的清晰性和可維護性。下面基于此，我們討論一些接口可能適用的場景。

4.1 系統(tǒng)中存在變化部分

系統(tǒng)中存在變化的部分是使用接口的最核心場景之一。使用接口可以將這些變化部分從系統(tǒng)的其他部分隔離開來，使系統(tǒng)更具靈活性和可維護性。這種設(shè)計允許我們將變化的部分抽取為一個單獨的模塊，在變化時，只需要對該模塊進行修改，而不必修改整個系統(tǒng)。接口充當(dāng)了變化部分的契約，使不同的實現(xiàn)可以輕松地替換或添加，從而適應(yīng)新的需求或變化的情況。

比如系統(tǒng)需要向用戶發(fā)送郵件，可能不同的運營商提供了不同的API，然后我們系統(tǒng)中需要支持多個不同的運營商，在不同場景下使用不同運營商的接口。

此時我們通過定義接口，系統(tǒng)通過與該接口進行交互即可，而不需要關(guān)心底層的實現(xiàn)細節(jié)。如果將來要添加新的郵件服務(wù)提供商，只需創(chuàng)建一個新的類并實現(xiàn)接口即可，而不需要修改現(xiàn)有的代碼。

這種方式使系統(tǒng)的變化部分與其余部分隔離開來，提高了系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。此外，通過使用接口，我們可以創(chuàng)建模擬郵件發(fā)送器來驗證系統(tǒng)的行為，更容易進行單元測試。

4.2 類庫的可配置性

類庫對外擴展和提供可配置性也是接口使用的重要場景之一。當(dāng)開發(fā)一個類庫或框架時，為了讓用戶能夠輕松地擴展和自定義其行為，可以通過接口提供一組可配置的擴展點。這些擴展點允許用戶提供自己的實現(xiàn)，以適應(yīng)其特定需求。

舉例來說，一個日志庫可以定義一個接口 Logger，并允許用戶提供他們自己的 Logger 實現(xiàn)。用戶可以選擇使用默認(rèn)的日志記錄實現(xiàn)，也可以創(chuàng)建一個自定義的實現(xiàn)，以將日志信息發(fā)送到不同的地方（例如文件、數(shù)據(jù)庫、遠程服務(wù)器等）。這種可配置性使用戶能夠根據(jù)其項目的要求自由選擇和調(diào)整庫的行為。

通過提供接口和可配置性，類庫或框架可以更具通用性和靈活性，使用戶能夠根據(jù)其特定的用例和需求來定制和擴展庫的功能，從而提高了庫的可用性和適用性。這種模塊化的設(shè)計方式有助于減少代碼的重復(fù)，促進了代碼的復(fù)用，同時也提供了更好的可擴展性和可維護性。

4.3 模塊間的交互

系統(tǒng)劃分不同模塊并使用接口來進行交互也是一個重要的場景。當(dāng)將系統(tǒng)劃分為不同的模塊或組件時，使用接口定義模塊之間的契約和互動方式是一種良好的實踐。每個模塊可以實現(xiàn)所需的接口，并與其他模塊進行交互，這使得模塊之間的界限更加清晰，易于理解和維護。

使用接口可以降低模塊之間的耦合度。這意味著每個模塊不需要關(guān)心其他模塊的具體實現(xiàn)細節(jié)，只需要遵循接口定義的契約。這種模塊化的設(shè)計方式有助于將復(fù)雜的系統(tǒng)拆分為更小、更易管理的部分，并降低了系統(tǒng)開發(fā)和維護的復(fù)雜性。

4.4 單元測試的使用

在需要解除一個龐大的外部系統(tǒng)的依賴時。有時候我們并不是需要多個選擇，而是某個外部依賴過重，我們測試或其他場景可能會選擇 mock 一個外部依賴，以便降低測試系統(tǒng)的依賴。

比如依賴多個外部rpc，單元測試時需要屏蔽外部的依賴，此時就比較有必要使用接口，通過框架生成一個mock的實現(xiàn)，從而解除對外部的依賴。

5. 潛在的誤用和濫用

5.1 接口濫用帶來的問題

雖然接口在合適的場景中非常有用，但濫用接口可能會導(dǎo)致代碼變得復(fù)雜、難以理解和難以維護。引入過多的接口可能會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，使代碼難以理解。每個接口都需要額外的抽象和實現(xiàn)，這可能不是必要的。其次使用接口有時會引入額外的性能開銷，因為運行時需要進行接口解析。在性能敏感的應(yīng)用中，這可能是一個問題。

最重要的一個問題，接口的目標(biāo)是提供一種通用的抽象，給系統(tǒng)提供可配置項，但有時候過度一般化可能會導(dǎo)致不必要的復(fù)雜性。在某些情況下，直接使用具體的類可能更加簡單和清晰。

我們應(yīng)該在確保接口是必要的情況下使用它們，以避免不必要的復(fù)雜性和耦合。接口的設(shè)計應(yīng)該基于真正的需求和系統(tǒng)架構(gòu)，而不是僅僅為了使用接口而使用接口。

5.2 如何識別接口是否濫用

對于識別接口是否濫用，可以通過下面幾個方面來檢查，如果滿足了下面的某一個條件，此時大概率就出現(xiàn)了接口濫用的情況。

是否過早的抽象，在引入該接口時，系統(tǒng)中是否足夠的不同實現(xiàn)來正當(dāng)?shù)刂С诌@些接口。如果沒有的話，此時大概率過早接口的引入，增加了復(fù)雜性，而不帶來真正的好處。

是否所有類之間引入接口，無論是否有必要，在這種情況下，接口的數(shù)量可能會急劇增加，導(dǎo)致代碼難以理解和維護，可能還是存在一定濫用的情況。

如果接口經(jīng)常發(fā)生變化，那么實現(xiàn)這些接口的類可能需要頻繁地進行修改，這會增加維護的難度，此時要么接口是不必要的，要么接口的設(shè)計是不合理的，需要重新設(shè)計。

總的來說，我們需要確保真正需要接口時才引入它們。應(yīng)該謹(jǐn)慎考慮每個接口的設(shè)計，確保它們具有明確的用途(如隔絕變化，模塊間交互的契約，方便單元測試)，并且不引入不必要的復(fù)雜性。根據(jù)實際需求和系統(tǒng)架構(gòu)來合理地使用接口，而不是為了使用接口而使用接口。