摘要：為了消除重復，可以將查找算法與比較準則這兩個變化方向進行分離。此刻，查找算法的方法名也應該被重命名，使其保持在同一個抽象層次上。結構性重復和存在結構型重復，需要進一步消除重復。

OO makes code understandable by encapsulating moving parting, but FP makes code understandable by minimizing moving parts. －Michael Feathers

實現功能

易于重用

易于理解

沒有冗余

軟件設計是一個「守破離」的過程。 -- 袁英杰

消除重復

分離變化方向

縮小依賴范圍

向穩(wěn)定的方向依賴

需求1： 存在一個學生的列表，查找一個年齡等于18歲的學生

public static Student findByAge(Student[] students) {
 for (int i=0; i
上述實現存在很多設計的「壞味道」：

缺乏彈性參數類型：只支持數組類型，List, Set都被拒之門外；

容易出錯：操作數組下標，往往引入不經意的錯誤；

幻數：硬編碼，將算法與配置高度耦合；

返回null：再次給用戶打開了犯錯的大門；


使用for-each

按照「最小依賴原則」，先隱藏數組下標的實現細節(jié)，使用for-each降低錯誤發(fā)生的可能性。
public static Student findByAge(Student[] students) {
 for (Student s : students)
   if (s.getAge() == 18)
     return s;
 return null;
}
需求2： 查找一個名字為horance的學生
重復設計
Copy-Paste是最快的實現方法，但會產生「重復設計」。
public static Student findByName(Student[] students) {
 for (Student s : students)
   if (s.getName().equals("horance"))
     return s;
 return null;
}
為了消除重復，可以將「查找算法」與「比較準則」這兩個「變化方向」進行分離。
抽象準則
首先將比較的準則進行抽象化，讓其獨立變化。
public interface StudentPredicate {
 boolean test(Student s);
}
將各個「變化原因」對象化，為此建立了兩個簡單的算子。
public class AgePredicate implements StudentPredicate {
 private int age;
 
 public AgePredicate(int age) {
   this.age = age;
 }
 
 @Override
 public boolean test(Student s) {
   return s.getAge() == age;
 }
}
public class NamePredicate implements StudentPredicate {
 private String name;
 
 public NamePredicate(String name) {
   this.name = name;
 }
 
 @Override
 public boolean test(Student s) {
   return s.getName().equals(name);
 }
}
此刻，查找算法的方法名也應該被「重命名」，使其保持在同一個「抽象層次」上。
public static Student find(Student[] students, StudentPredicate p) {
 for (Student s : students)
   if (p.test(s))
     return s;
 return null;
}
客戶端的調用根據場景，提供算法的配置。
assertThat(find(students, new AgePredicate(18)), notNullValue());
assertThat(find(students, new NamePredicate("horance")), notNullValue());
結構性重復
AgePredicate和NamePredicate存在「結構型重復」，需要進一步消除重復。經分析兩個類的存在無非是為了實現「閉包」的能力，可以使用lambda表達式，「Code As Data」，簡明扼要。
assertThat(find(students, s -> s.getAge() == 18), notNullValue());
assertThat(find(students, s -> s.getName().equals("horance")), notNullValue());
引入Iterable

按照「向穩(wěn)定的方向依賴」的原則，為了適應諸如List, Set等多種數據結構，甚至包括原生的數組類型，可以將入參重構為重構為更加抽象的Iterable類型。
public static Student find(Iterable students, StudentPredicate p) {
 for (Student s : students)
   if (p.test(s))
     return s;
 return null;
}
需求3： 存在一個老師列表，查找第一個女老師
類型重復
按照既有的代碼結構，可以通過Copy Paste快速地實現這個功能。
public interface TeacherPredicate {
 boolean test(Teacher t);
}
public static Teacher find(Iterable teachers, TeacherPredicate p) {
 for (Teacher t : teachers)
   if (p.test(t))
     return t;
 return null;
}
用戶接口依然可以使用Lambda表達式。
assertThat(find(teachers, t -> t.female()), notNullValue());
如果使用Method Reference，可以進一步地改善表達力。
assertThat(find(teachers, Teacher::female), notNullValue());
類型參數化
分析StudentMacher/TeacherPredicate, find(Iterable)/find(Iterable)的重復，為此引入「類型參數化」的設計。
首先消除StudentPredicate和TeacherPredicate的重復設計。
public interface Predicate {
 boolean test(E e);
}
再對find進行類型參數化設計。
public static  E find(Iterable c, Predicate p) {
 for (E e : c)
   if (p.test(e))
     return e;
 return null;
}
型變
但find的類型參數缺乏「型變」的能力，為此引入「型變」能力的支持，接口更加具有可復用性。
public static  E find(Iterable c, Predicate p) {
 for (E e : c)
   if (p.test(e))
     return e;
 return null;
}
復用lambda

Parameterize all the things.
觀察如下兩個測試用例，如果做到極致，可認為兩個lambda表達式也是重復的。從「分離變化的方向」的角度分析，此lambda表達式承載的「比較算法」與「參數配置」兩個職責，應該對其進行分離。

assertThat(find(students, s -> s.getName().equals("Horance")), notNullValue());
assertThat(find(students, s -> s.getName().equals("Tomas")), notNullValue());
可以通過「Static Factory Method」生產lambda表達式，將比較算法封裝起來；而配置參數通過引入「參數化」設計，將「邏輯」與「配置」分離，從而達到最大化的代碼復用。
public final class StudentPredicates {
 private StudentPredicates() {
 }
    
 public static Predicate age(int age) {
   return s -> s.getAge() == age;
 } 
 
 public static  Predicate name(String name) {
   return s -> s.getName().equals(name);
 }
}
import static StudentPredicates.*;
    
assertThat(find(students, name("horance")), notNullValue());
assertThat(find(students, age(10)), notNullValue());
組合查詢
但是，上述將lambda表達式封裝在Factory的設計是及其脆弱的。例如，增加如下的需求：
需求4： 查找年齡不等于18歲的女生
最簡單的方法就是往StudentPredicates不停地增加「Static Factory Method」，但這樣的設計嚴重違反了「OCP」(開放封閉)原則。

public final class StudentPredicates {
 ......
    
 public static Predicate ageEq(int age) {
   return s -> s.getAge() == age;
 } 
 
 public static Predicate ageNe(int age) {
   return s -> s.getAge() != age;
 } 
}
從需求看，比較準則增加了眾多的語義，再次運用「分離變化方向」的原則，可發(fā)現存在兩類運算的規(guī)則:

比較運算：==, !=

邏輯運算：&&, ||


比較語義
先處理比較運算的變化方向，為此建立一個Matcher的抽象：
public interface Matcher {
 boolean matches(T actual);
   
 static  Matcher eq(T expected) {
   return actual -> expected.equals(actual);
 }
 
 static  Matcher ne(T expected) {
   return actual -> !expected.equals(actual);
 }
}
Composition everywhere.
此刻，age的設計運用了「函數式」的思維，其行為表現為「高階函數」的特性，通過函數的「組合式設計」完成功能的自由拼裝組合，簡單、直接、漂亮。

public final class StudentPredicates {
 ......
    
 public static Predicate age(Matcher m) {
   return s -> m.matches(s.getAge());
 }
}
查找年齡不等于18歲的學生，可以如此描述。
assertThat(find(students, age(ne(18))), notNullValue());
邏輯語義
為了使得邏輯「謂詞」變得更加人性化，可以引入「流式接口」的「DSL」設計，增強表達力。
public interface Predicate {
 boolean test(E e);
    
 default Predicate and(Predicate other) {
   return e -> test(e) && other.test(e);
 }
}
查找年齡不等于18歲的女生，可以表述為：
assertThat(find(students, age(ne(18)).and(Student::female)), notNullValue());
重復再現
仔細的讀者可能已經發(fā)現了，Student和Teacher兩個類也存在「結構型重復」的問題。
public class Student {
 public Student(String name, int age, boolean male) {
   this.name = name;
   this.age = age;
   this.male = male;
 }
 
 ......
 
 private String name;
 private int age;
 private boolean male;
}
public class Teacher {
 public Teacher(String name, int age, boolean male) {
   this.name = name;
   this.age = age;
   this.male = male;
 }
 
 ......
 
 private String name;
 private int age;
 private boolean male;
}
級聯反應
Student與Teacher的結構性重復，導致StudentPredicates與TeacherPredicates也存在「結構性重復」。
public final class StudentPredicates {
 ......
    
 public static Predicate age(Matcher m) {
   return s -> m.matches(s.getAge());
 }
}
public final class TeacherPredicates {
 ......
    
 public static Predicate age(Matcher m) {
   return t -> m.matches(t.getAge());
 }
}
為此需要進一步消除重復。
提取基類
第一個直覺，通過「提取基類」的重構方法，消除Student和Teacher的重復設計。
class Human {
 protected Human(String name, int age, boolean male) {
   this.name = name;
   this.age = age;
   this.male = male;
 }
   
 ...
 
 private String name;
 private int age;
 private boolean male;
}
從而實現了進一步消除了Student和Teacher之間的重復設計。
public class Student extends Human {
 public Student(String name, int age, boolean male) {
   super(name, age, male);
 }
}
    
public class Teacher extends Human {
 public Teacher(String name, int age, boolean male) {
   super(name, age, male);
 }
}
類型界定
此時，可以通過引入「類型界定」的泛型設計，使得StudentPredicates與TeacherPredicates合二為一，進一步消除重復設計。
public final class HumanPredicates {
 ......
 
 public static  
   Predicate age(Matcher m) {
   return s -> m.matches(s.getAge());
 } 
}
消滅繼承關系
Student和Teacher依然存在「結構型重復」的問題，可以通過Static Factory Method的設計方法，并讓Human的構造函數「私有化」，刪除Student和Teacher兩個子類，徹底消除兩者之間的「重復設計」。
public class Human {
 private Human(String name, int age, boolean male) {
   this.name = name;
   this.age = age;
   this.male = male;
 }
 
 public static Human student(String name, int age, boolean male) {
   return new Human(name, age, male);
 }
 
 public static Human teacher(String name, int age, boolean male) {
   return new Human(name, age, male);
 }
 
 ......
}
消滅類型界定
Human的重構，使得HumanPredicates的「類型界定」變得多余，從而進一步簡化了設計。
public final class HumanPredicates {
 ......
 
 public static Predicate age(Matcher m) {
   return s -> m.matches(s.getAge());
 } 
}
絕不返回null

Billion-Dollar Mistake
在最開始，我們遺留了一個問題：find返回了null。用戶調用返回null的接口時，常常忘記null的檢查，導致在運行時發(fā)生NullPointerException異常。
按照「向穩(wěn)定的方向依賴」的原則，find的返回值應該設計為Optional，使用「類型系統(tǒng)」的特長，取得如下方面的優(yōu)勢：


顯式地表達了不存在的語義；

編譯時保證錯誤的發(fā)生；


import java.util.Optional;
    
public  Optional find(Iterable c, Predicate p) {
 for (E e : c) {
   if (p.test(e)) {
     return Optional.of(e);
   }
 }
 return Optional.empty();
}
引入工廠
public interface Matcher {
 boolean matches(T actual);
   
 static  Matcher eq(T expected) {
   return actual -> expected.equals(actual);
 }
 
 static  Matcher ne(T expected) {
   return actual -> !expected.equals(actual);
 }
}
將所有的Static Factory方法都放在接口中，雖然簡單，也很自然。但如果方法之間產生重復代碼，需要「提取函數」，設計將變得非常不靈活，因為接口內所有方法都將默認為public，這往往不是我們所期望的，為此可以將這些Static Factory方法搬遷到Matchers實用類中去。
public final class Matchers {    
 public static  Matcher eq(T expected) {
   return actual -> expected.equals(actual);
 }
 
 public static  Matcher ne(T expected) {
   return actual -> !expected.equals(actual);
 }
 
 private Matchers() {
 }
}
實現大于
需求5： 查找年齡大于18歲的學生
assertThat(find(students, age(gt(18)).isPresent(), is(true));
public final class Matchers {
 ......
 
 public static > Matcher gt(T expected) {
   return actual -> Ordering.natural().compare(actual, expected) > 0;
 }
}
其中，natural代表了一種自然的比較規(guī)則。
public final class Ordering {
 public static > Comparator natural() {
   return (t1, t2) -> t1.compareTo(t2);
 }
}
實現小于
需求6： 查找年齡小于18歲的學生
assertThat(find(students, age(lt(18)).isPresent(), is(true));
依次類推，「小于」的規(guī)則實現如下：
public final class Matchers {
 ......
 
 public static > Matcher gt(T expected) {
   return actual -> Ordering.natural().compare(actual, expected) > 0;
 }
 
 public static > Matcher lt(T expected) {
   return actual -> Ordering.natural().compare(actual, expected) < 0;
 }
}
提取函數
設計產生了明顯的重復，可以通過「提取函數」來消除重復。
public final class Matchers {
 ......
 
 public static > Matcher gt(T expected) {
   return actual -> compare(actual, expected) > 0;
 }
 
 public static > Matcher lt(T expected) {
   return actual -> compare(actual, expected) < 0;
 }
 
 private static > int compare(T actual, T expected) {
   return Ordering.natural().compare(actual, expected);
 }
}
其余比較操作，例如大于等于，小于等于的設計和實現依此類推，在此不再重述。
包含子串
需求7： 查找名字中包含horance的學生
assertThat(find(students, name(contains("horance")).isPresent(), is(true));
public final class Matchers {    
 ......
 
 public static Matcher contains(String substr) {
   return str -> str.contains(substr);
 }
}
子串開頭
需求8： 查找名字以horance開頭的學生
assertThat(find(students, name(starts("horance")).isPresent(), is(true));
public final class Matchers {    
 ......
 
 public static Matcher starts(String substr) {
   return str -> str.startsWith(substr);
 }
}
「子串結尾」的邏輯，可以設計ends的關鍵字，實現依此類推，在此不再重述。
不區(qū)分大小寫
需求9： 查找名字以horance開頭，但不區(qū)分大小寫的學生
assertThat(find(students, name(starts_ignoring_case("horance")).isPresent(), is(true));
public final class Matchers {    
 ......
    
 public static Matcher starts(String substr) {
   return str -> str.startsWith(substr);
 }
 
 public static Matcher starts_ignoring_case(String substr) {
   return str -> lower(str).startsWith(lower(substr));
 }
    
 private static String lower(String s) {
   return s.toLowerCase();
 }
}
starts與starts_ignoring_case之間存在微妙的重復設計，為此需要進一步消除重復。
組合式設計
assertThat(find(students, name(ignoring_case(Matchers::starts, "Horance"))).isPresent(), is(true));
運用函數的「組合式設計」，達到代碼的最大可復用性。從OO的角度看，ignoring_case是對starts, ends, contains的功能增強，是一種典型的「修飾」關系。
public static Matcher ignoring_case(
 Function> m, String substr) {
 return str -> m.apply(lower(substr)).matches(lower(str));
}
其中，Function>是一個一元函數，參數為String，返回值為Matcher。
@FunctionalInterface
public interface Function {
   R apply(T t);
}
強迫用戶
雖然ignoring_case的設計高度可復用性，可由用戶根據實際情況，自由拼裝組合各種算子。但「方法引用」的語法，給用戶給造成了不必要的負擔。
assertThat(find(students, name(ignoring_case(Matchers::starts, "Horance"))).isPresent(), is(true));
可以提供starts_ignoring_case的語法糖，將用戶犯錯的幾率降至最低，但要保證實現不存在重復設計。
assertThat(find(students, name(starts_ignoring_case("Horance"))).isPresent(), is(true));
此時，ignoring_case也應該重構為private，變?yōu)橐粋€「可重用」的函數。
public static Matcher starts_ignoring_case(String substr) {
 return ignoring_case(Matchers::starts, substr);
}
     
private static Matcher ignoring_case(
 Function> m, String substr) {
 return str -> m.apply(lower(substr)).matches(lower(str));
}
修飾語義
需求13： 查找名字中不包含horance的第一個學生
assertThat(find(students, name(not_contains("horance")).isPresent(), is(true));
public final class Matchers {    
 ......
 
 public static Matcher not_contains(String substr) {
   return str -> !str.contains(substr);
 }
}
在這之前，也曾遇到過類似的「反義」的操作。例如，查找年齡不等于18歲的學生，可以如此描述。
assertThat(find(students, age(ne(18))).isPresent(), is(true));
public final class Matchers {    
 ......
 
 public static  Matcher ne(T expected) {
   return actual -> !expected.equals(actual);
 }
}
兩者對「反義」的描述存在兩份不同的表示，是一種隱晦的「重復設計」，需要一種巧妙的設計消除重復。
提取反義
為此，應該刪除not_contains, ne的關鍵字，并提供統(tǒng)一的not關鍵字。
assertThat(find(students, name(not(contains("horance")))).isPresent(), is(true));
not的實現是一種「修飾」的手法，對既有的Matcher功能的增強，巧妙地取得了「反義」功能。
public final class Matchers {    
 ......
 
 public static  Matcher not(Matcher matcher) {
   return actual -> !matcher.matches(actual);
 }
}
語法糖
對于not(eq(18))可以設計類似于not(18)的語法糖，使其更加簡單。
assertThat(find(students, age(not(18))).isPresent(), is(true));
其實現就是對eq的一種修飾操作。
public final class Matchers {    
 ......
 
 public static  Matcher not(T expected) {
   return not(eq(expected));
 }
}
邏輯或
需求13： 查找名字中包含horance，或者以liu結尾的學生
assertThat(find(students, name(anyof(contains("horance"), ends("liu")))).isPresent(), is(true));
public final class Matchers {    
 ......
 
 @SafeVarargs
 public static  Matcher anyof(Matcher... matchers) {
   return actual -> {
     for (Matcher matcher : matchers)
       if (matcher.matches(actual)) 
         return true;
     return false;
   };
 }
}
邏輯與
需求14： 查找名字中以horance開頭，并且以liu結尾的學生
assertThat(find(students, name(allof(starts("horance"), ends("liu")))).isPresent(), is(true));
public final class Matchers {    
 ......
 
 @SafeVarargs
 public static  Matcher allof(Matcher... matchers) {
   return actual -> {
     for (Matcher matcher : matchers)
       if (!matcher.matches(actual))
         return false;
     return true;
   };
 }
}
短路
allof與anyof之間的實現存在重復設計，可以通過提取函數消除重復。
public final class Matchers {    
 ......
 
 @SafeVarargs
 private static  Matcher combine(
   boolean shortcut, Matcher... matchers) {
   return actual -> {
     for (Matcher matcher : matchers)
       if (matcher.matches(actual) == shortcut)
         return shortcut;
     return !shortcut;
   };
 }
 
 @SafeVarargs
 public static  Matcher allof(Matcher... matchers) {
   return combine(false, matchers);
 }
   
 @SafeVarargs
 public static  Matcher anyof(Matcher... matchers) {
   return combine(true, matchers);
 }
}
占位符
需求15： 查找算法始終失敗或成功
assertThat(find(students, age(always(false))).isPresent(), is(false));
public final class Matchers {    
 ......
 
 public static  Matcher always(boolean bool) {
   return e -> bool;
 }
}
回顧
通過15個需求的迭代和演進，通過運用「正交設計」和「組合式設計」的基本思想，得到了一套接口豐富、表達力極強的DSL。
這一套簡單的DSL是一個高度可復用的Matcher集合，其設計既包含了OO的方法論，也涉及到了FP的思維，整體性設計保持高度的一致性和統(tǒng)一性。
鳴謝
「正交設計」的理論、原則、及其方法論出自前ThoughtWorks軟件大師「袁英杰」先生。英杰既是我的老師，也是我的摯友；其高深莫測的軟件設計的修為，及其對軟件設計獨特的哲學思維方式，是我等后輩學習的楷模。
思考

軟件設計的本質是什么？

OO與FP的本質區(qū)別是什么？

組合式設計的精髓是什么？