1 六大原则

在设计模式中有六大设计原则：

单一职责原则：一次做一件事

里式替换原则：子类扩展父类

依赖倒置原则：面向接口编程

接口隔离原则：高内聚低耦合

迪米特法则：最少知道原则

开闭原则：关闭修改，开放新增

我认为在这六个原则中开闭原则最为重要，开闭原则是可扩展性的重要基石。

第一个原因是需求变化时应该通过新增而不是修改已有代码实现，这样保证了代码稳定性，避免牵一发而动全身。

第二个原因是可以事先定义代码框架，扩展也是根据框架扩展，体现了用抽象构建框架，用实现扩展细节，保证了稳定性也保证了灵活性。

第三个原因是其它五个原则虽然侧重点各有不同，但是都可以包含于开闭原则。

第四个原因是标准二十三种设计模式最终都是在遵循开闭原则。

既然开闭原则如此重要，我们应该怎么在系统设计时遵循开闭原则呢？

2 数据库维度

2.1 设计类型字段

我们可以在数据表设计时新增两列：biz_type、biz_sub_type，这两个列即使目前用不上，可以先设置一个默认值。

biz_type可以指业务类型，业务渠道、租户等等，归根结底是用来隔离大业务类型，假设后续业务新增了一个大业务类型，那么可以通过这个字段隔离。

biz_sub_type可以在大业务类型中细分小业务，使得业务更加细化，灵活性更好。

2.2 设计扩展字段

我们可以在数据表设计时新增三列：extend1、extend2、extend3，可以先设置为空。扩展字段存储JSON类型信息，存放一些扩展信息、附加信息、松散信息或者是之前未预估到的信息。

之所以设置三个扩展字段是为了增加隔离性，例如extend1存放订单扩展信息，extend2存放商品扩展信息，extend3存放营销扩展信息。

2.3 设计业务二进制字段

2.3.1 需求背景

我们可以在数据表设计时新增业务二进制字段，这个字段可以很大程度上扩展业务表意能力。假设在系统中用户一共有三种角色：普通用户、管理员、超级管理员，现在需要设计一张用户角色表记录这类信息。不难设计出如下方案：

观察上表不难得出，用户一具有超级管理员角色，用户二具有管理员角色，用户三具有普通用户角色，用户四同时具有三种角色。如果此时新增加一种角色呢？那么新增一个字段即可。

2.3.2 发现问题

按照上述一个字段表示一种角色进行表设计功能上是没有问题的，优点是容易理解结构清晰，但是我们想一想有没有什么问题？笔者遇到过如下问题：在复杂业务环境一份数据可能会使用在不同的场景，例如上述数据存储在MySQL数据库，这一份数据还会被用在如下场景：

检索数据需要同步一份到ES

业务方使用此表通过Flink计算业务指标

业务方订阅此表Binlog消息进行业务处理

如果表结构发生变化，数据源之间就要重新进行对接，业务方也要进行代码修改，这样开发成本比较非常高。有没有办法避免此类问题？

2.3.3 解决方案

我们可以使用位图法，这样同一个字段可以表示多个业务含义。首先设计如下数据表，userFlag字段暂时不填。

设计位图每一个bit表示一种角色：

使用位图法表示如下数据表：

用户一位图如下其十进制数值等于4：

用户二位图如下其十进制数值等于2：

用户三位图如下其十进制数值等于1：

用户四位图如下其十进制数值等于7：

根据上述分析可以填写数据表第三列：

2.3.4 代码实例

定义枚举时不要直接定义为1、2、4这类数字，而应该采用位移方式进行定义，这样使用者可以明白设计者的意图。

/**
 * 用户角色枚举
 *
 * @author 微信公众号「JAVA前线」
 *
 */
public enum UserRoleEnum {

    // 1 -> 00000001
    NORMAL(1, "普通用户"),

    // 2 -> 00000010
    MANAGER(1 << 1, "管理员"),

    // 4 -> 00000100
    SUPER(1 << 2, "超级管理员")

    ;

    private int code;
    private String description;

    private UserRoleEnum(Integer code, String description) {
        this.code = code;
        this.description = description;
    }

    public String getDescription() {
        return description;
    }

    public int getCode() {
        return this.code;
    }
}

假设用户已经具有普通用户角色，我们需要为其增加管理员角色，这就是新增角色，与之对应还有删除角色和查询角色，这些操作需要用到为位运算，详见代码注释。

/**
 * 用户角色枚举
 *
 * @author 微信公众号「JAVA前线」
 *
 */
public enum UserRoleEnum {

    // 1 -> 00000001
    NORMAL(1, "普通用户"),

    // 2 -> 00000010
    MANAGER(1 << 1, "管理员"),

    // 4 -> 00000100
    SUPER(1 << 2, "超级管理员")

    ;

    // 新增角色 -> 位或操作
    // oldRole -> 00000001 -> 普通用户
    // addRole -> 00000010 -> 新增管理员
    // newRole -> 00000011 -> 普通用户和管理员
    public static Integer addRole(Integer oldRole, Integer addRole) {
        return oldRole | addRole;
    }

    // 删除角色 -> 位异或操作
    // oldRole -> 00000011 -> 普通用户和管理员
    // delRole -> 00000010 -> 删除管理员
    // newRole -> 00000001 -> 普通用户
    public static Integer removeRole(Integer oldRole, Integer delRole) {
        return oldRole ^ delRole;
    }

    // 是否有某种角色 -> 位与操作
    // allRole -> 00000011 -> 普通用户和管理员
    // qryRole -> 00000001 -> 是否有管理员角色
    // resRole -> 00000001 -> 有普通用户角色
    public static boolean hasRole(Integer allRole, Integer qryRole) {
        return qryRole == (role & qryRole);
    }

    private int code;
    private String description;

    private UserRoleEnum(Integer code, String description) {
        this.code = code;
        this.description = description;
    }

    public String getDescription() {
        return description;
    }

    public int getCode() {
        return this.code;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(addRole(1, 2));
        System.out.println(removeRole(3, 1));
        System.out.println(hasRole(3, 1));
    }
}

假设在运营后台查询界面中，需要查询具有普通用户角色的用户数据，可以使用如下SQL语句：

select * from user_role where (user_flag & 1) = user_flag;
select * from user_role where (user_flag & b'0001') = user_flag;

我们也可以使用MyBatis语句：

<select id="selectByUserRole" resultMap="BaseResultMap" parameterType="java.util.Map">
  select * from user_role 
  where user_flag & #{userFlag} = #{userFlag}
select>

<select id="selectByUserIdAndRole" resultMap="BaseResultMap" parameterType="java.util.Map">
  select * from user_role 
  where id = #{userId} and user_flag & #{userFlag} = #{userFlag}
select>

3 接口维度

3.1 设计类型入参

接口输入参数一定要设计类型入参，可以与数据库biz_type、biz_sub_type相对应，也可以自定义类型最终翻译与数据库类型相对应。

如果一开始不用区分类型，可以先设置为默认值，但是其核心思想是一定要可以通过类型对输入参数进行区分。

public class OrderDTO {
    private Integer bizType;
    private Integer bizSubType;
    private Long amount;
    private String goodsId;
}

public Response createOrder(OrderDTO order);

3.2 设计松散入参

接口输入参数可以设计Map类型松散参数，松散参数缺点是表意能力弱，优点是灵活性强，可以以较低成本新增参数。

public class OrderDTO {
    private Integer bizType;
    private Integer bizSubType;
    private Long amount;
    private String goodsId;
    private Map params;
}

public Response createOrder(OrderDTO order);

3.3 设计接口版本号

对外接口需要设计版本号，对于同一个接口允许外部业务逐渐切到新版本，新老版本接口会共存一段时间，通过版本号区分。

/order/1.0/createOrder
/order/1.1/createOrder

3.4 纵横做设计

我们分析一个下单场景：当前有ABC三种订单类型：A订单价格9折，物流最大重量不能超过9公斤，不支持退款。B订单价格8折，物流最大重量不能超过8公斤，支持退款。C订单价格7折，物流最大重量不能超过7公斤，支持退款。按照需求字面含义平铺直叙地写代码也并不难。

public class OrderServiceImpl implements OrderService {

    @Resource
    private OrderMapper orderMapper;

    @Override
    public void createOrder(OrderBO orderBO) {
        if (null == orderBO) {
            throw new RuntimeException("参数异常");
        }
        if (OrderTypeEnum.isNotValid(orderBO.getType())) {
            throw new RuntimeException("参数异常");
        }
        // A类型订单
        if (OrderTypeEnum.A_TYPE.getCode().equals(orderBO.getType())) {
            orderBO.setPrice(orderBO.getPrice() * 0.9);
            if (orderBO.getWeight() > 9) {
                throw new RuntimeException("超过物流最大重量");
            }
            orderBO.setRefundSupport(Boolean.FALSE);
        }
        // B类型订单
        else if (OrderTypeEnum.B_TYPE.getCode().equals(orderBO.getType())) {
            orderBO.setPrice(orderBO.getPrice() * 0.8);
            if (orderBO.getWeight() > 8) {
                throw new RuntimeException("超过物流最大重量");
            }
            orderBO.setRefundSupport(Boolean.TRUE);
        }
        // C类型订单
        else if (OrderTypeEnum.C_TYPE.getCode().equals(orderBO.getType())) {
            orderBO.setPrice(orderBO.getPrice() * 0.7);
            if (orderBO.getWeight() > 7) {
                throw new RuntimeException("超过物流最大重量");
            }
            orderBO.setRefundSupport(Boolean.TRUE);
        }
        // 保存数据
        OrderDO orderDO = new OrderDO();
        BeanUtils.copyProperties(orderBO, orderDO);
        orderMapper.insert(orderDO);
    }
}

上述代码从功能上完全可以实现业务需求，但是程序员不仅要满足功能，还需要思考代码的可维护性。如果新增一种订单类型，或者新增一个订单属性处理逻辑，那么我们就要在上述逻辑中新增代码，如果处理不慎就会影响原有逻辑。

如何改变平铺直叙的思考方式？这就要为问题分析加上纵向和横向两个维度，我选择使用分析矩阵方法，其中纵向表示策略，横向表示场景：

3.4.1 纵向做隔离

纵向维度表示策略，不同策略在逻辑上和业务上应该是隔离的，本实例包括优惠策略、物流策略和退款策略，策略作为抽象，不同订单类型去扩展这个抽象，策略模式非常适合这种场景。本文详细分析优惠策略，物流策略和退款策略同理。

// 优惠策略
public interface DiscountStrategy {
    public void discount(OrderBO orderBO);
}

// A类型优惠策略
@Component
public class TypeADiscountStrategy implements DiscountStrategy {

    @Override
    public void discount(OrderBO orderBO) {
        orderBO.setPrice(orderBO.getPrice() * 0.9);
    }
}

// B类型优惠策略
@Component
public class TypeBDiscountStrategy implements DiscountStrategy {

    @Override
    public void discount(OrderBO orderBO) {
        orderBO.setPrice(orderBO.getPrice() * 0.8);
    }
}

// C类型优惠策略
@Component
public class TypeCDiscountStrategy implements DiscountStrategy {

    @Override
    public void discount(OrderBO orderBO) {
        orderBO.setPrice(orderBO.getPrice() * 0.7);
    }
}

// 优惠策略工厂
@Component
public class DiscountStrategyFactory implements InitializingBean {
    private Map strategyMap = new HashMap<>();

    @Resource
    private TypeADiscountStrategy typeADiscountStrategy;
    @Resource
    private TypeBDiscountStrategy typeBDiscountStrategy;
    @Resource
    private TypeCDiscountStrategy typeCDiscountStrategy;

    public DiscountStrategy getStrategy(String type) {
        return strategyMap.get(type);
    }

    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        strategyMap.put(OrderTypeEnum.A_TYPE.getCode(), typeADiscountStrategy);
        strategyMap.put(OrderTypeEnum.B_TYPE.getCode(), typeBDiscountStrategy);
        strategyMap.put(OrderTypeEnum.C_TYPE.getCode(), typeCDiscountStrategy);
    }
}

// 优惠策略执行
@Component
public class DiscountStrategyExecutor {
    private DiscountStrategyFactory discountStrategyFactory;

    public void discount(OrderBO orderBO) {
        DiscountStrategy discountStrategy = discountStrategyFactory.getStrategy(orderBO.getType());
        if (null == discountStrategy) {
            throw new RuntimeException("无优惠策略");
        }
        discountStrategy.discount(orderBO);
    }
}

3.4.2 横向做编排

横向维度表示场景，一种订单类型在广义上可以认为是一种业务场景，在场景中将独立的策略进行串联，模板方法设计模式适用于这种场景。

模板方法模式一般使用抽象类定义算法骨架，同时定义一些抽象方法，这些抽象方法延迟到子类实现，这样子类不仅遵守了算法骨架约定，也实现了自己的算法。既保证了规约也兼顾灵活性，这就是用抽象构建框架，用实现扩展细节。

// 创建订单服务
public interface CreateOrderService {
    public void createOrder(OrderBO orderBO);
}

// 抽象创建订单流程
public abstract class AbstractCreateOrderFlow {

    @Resource
    private OrderMapper orderMapper;

    public void createOrder(OrderBO orderBO) {
        // 参数校验
        if (null == orderBO) {
            throw new RuntimeException("参数异常");
        }
        if (OrderTypeEnum.isNotValid(orderBO.getType())) {
            throw new RuntimeException("参数异常");
        }
        // 计算优惠
        discount(orderBO);
        // 计算重量
        weighing(orderBO);
        // 退款支持
        supportRefund(orderBO);
        // 保存数据
        OrderDO orderDO = new OrderDO();
        BeanUtils.copyProperties(orderBO, orderDO);
        orderMapper.insert(orderDO);
    }

    public abstract void discount(OrderBO orderBO);

    public abstract void weighing(OrderBO orderBO);

    public abstract void supportRefund(OrderBO orderBO);
}

// 实现创建订单流程
@Service
public class CreateOrderFlow extends AbstractCreateOrderFlow {

    @Resource
    private DiscountStrategyExecutor discountStrategyExecutor;
    @Resource
    private ExpressStrategyExecutor expressStrategyExecutor;
    @Resource
    private RefundStrategyExecutor refundStrategyExecutor;

    @Override
    public void discount(OrderBO orderBO) {
        discountStrategyExecutor.discount(orderBO);
    }

    @Override
    public void weighing(OrderBO orderBO) {
        expressStrategyExecutor.weighing(orderBO);
    }

    @Override
    public void supportRefund(OrderBO orderBO) {
        refundStrategyExecutor.supportRefund(orderBO);
    }
}

4 文章总结

本文介绍了设计类型字段、设计扩展字段、设计业务二进制字段、设计类型入参、设计松散入参、设计接口版本号、纵横做设计这七种增加系统可扩展性方法，希望本文对大家有所帮助。