1. 引言

接口在系统设计中，以及代码重构优化中，是一个不可或缺的工具，能够帮助我们写出可扩展，可维护性更强的程序。

在本文，我们将介绍什么是接口，在此基础上，通过一个例子来介绍接口的优点。但是接口也不是任何场景都可以随意使用的，我们会介绍接口使用的常见场景，同时也介绍了接口滥用可能带来的问题，以及一些接口滥用的特征，帮助我们及早发现接口滥用的情况。

2. 什么是接口

接口是一种工具，在识别出系统中变化部分时，帮助从系统模块中抽取出变化的部分，从而保证系统的稳定性，可维护性和可扩展性。接口充当了一种契约或规范，规定了类或模块应该提供的方法和行为，而不关心具体的实现细节。

接口通常用于面向对象编程语言中，如 Java 和 Go 等。在这些语言中，类可以实现一个或多个接口，并提供接口定义的方法的具体实现。通过使用接口，我们可以编写更灵活、可维护和可扩展的代码，同时将系统中的变化隔离开来。

接口的实现在不同的编程语言中可能会有所不同。以下简单展示接口在Java 和 Go 语言中的示例。在Go 语言中，接口是一组方法签名的集合。实现接口时，类不需要显式声明实现了哪个接口，只要一个类型实现了接口中的所有方法，就被视为实现了该接口。

// 定义一个接口
type Shape interface {
    Area() float64
    Perimeter() float64
}

// 实现接口的类型
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 语言中，接口使用 interface 定义，同时包含所有的方法签名。类需要通过使用 implements 关键字来实现接口，并提供接口中定义的方法的具体实现。

// 定义一个接口
interface Shape {
    double area();
    double perimeter();
}

// 实现接口的类
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语言中接口的定义方式以及接口的实现方式，虽然具体实现方式各不相同，但它们都遵循了相似的概念，接口用于定义规范和契约，实现类则提供方法的具体实现来满足接口的要求。

3. 接口的优点

在识别出系统变化的部分后，接口能够帮助我们将系统中变化的部分抽取出来，基于此能够降低了模块间的耦合度，能够提高代码的可维护性和代码的模块化程度，有助于创建更灵活、可扩展和易于维护的代码。下面我们通过一个简单的例子来进行说明，详细讨论这些好处。

3.1 初始需求

假设我们在构建一个商城系统，其中一个相对复杂且重要的模块为商品价格的计算，计算购物车中各种商品的总价格。价格计算过程相对复杂，包括了基础价格、折扣、运费的计算，然后每一块内容都会有比较复杂的业务逻辑。

基于此设计了OrderProcessor结构体，其中的CalculateTotalPrice 实现商品价格的计算，设计了ShippingCalculator 来计算运费，同时还设计DiscountCalculator 来计算商品的折扣信息，通过这几部分的交互配合，共同来完成商家价格的计算。

下面我们通过一段代码来展示上面的计算流程:

type OrderProcessor struct {
        discountCalculator DiscountCalculator
        taxCalculator      TaxCalculator
}

// 计算总价格
func (tpc OrderProcessor) CalculateTotalPrice(products []Product) float64 {
        total := 0.0
        for _, item := range cart {
                // 获取商品的基础价格
                basePrice := item.BasePrice
                // 获取适用于商品的折扣
                discount := tpc.discountCalculator.CalculateDiscount(item)
                // 计算运费
                shippingCost := tpc.shippingCalculator.CalculateShippingCost(item)
                // 计算商品的最终价格（基础价格 - 折扣 + 税费 + 运费）
                finalPrice := basePrice - discount + shippingCost
                total += finalPrice
        }
        return total
}

// 运费计算
type ShippingCalculator struct {}
func (sc ShippingCalculator) CalculateShippingCost(product Product) float64 {
     return 0.0
}

// 折扣计算
type DiscountCalculator struct {}
func (dc DiscountCalculator) CalculateDiscount(product Product) float64 {
      return 0.0 
}

如果这里需求没有发生变化，这个流程可以很好得运转下去。假设这里需要根据商品的类型来应用不同的折扣，之后要怎么支持呢，可以对变化的部分抽取出一个接口，也可以不抽取，都可以支持，我们比较一下没有使用接口和使用接口的两种实现方式的区别。

3.2 不抽象接口

首先是不使用接口的实现，这里我们直接在DiscountCalculator 中叠加逻辑，支持不同类型商品的折扣：

type DiscountCalculator struct{}

func (dc DiscountCalculator) CalculateDiscount(product Product) float64 {
        // 根据商品类型应用不同的折扣逻辑
        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 {
        // 计算 TypeA 商品的折扣
        return product.BasePrice * 0.1 // 例如，假设 TypeA 商品有 10% 的折扣
}

func (dc DiscountCalculator) calculateTypeBDiscount(product Product) float64 {
        // 计算 TypeB 商品的折扣
        return product.BasePrice * 0.15 // 例如，假设 TypeB 商品有 15% 的折扣
}

func (dc DiscountCalculator) calculateDefaultDiscount(product Product) float64 {
        // 默认折扣逻辑，如果商品类型未匹配到其他情况
        return product.BasePrice // 默认不打折
}

在这里，我们计算商品折扣，直接使用DiscountCalculator 来实现，根据商品的类型应用不同的折扣逻辑。这里使用了 switch 语句来确定应该应用哪种折扣。这种实现方式虽然在一个类中处理了所有的逻辑，但它可能会导致 DiscountCalculator 类变得庞大且难以维护，特别是当折扣逻辑变得更加复杂或需要频繁更改时。

3.3 抽象接口

下面我们给出一个使用接口的实现，将不同的折扣逻辑封装到不同的实现中，以下是使用接口的示例实现：

type OrderProcessor struct {
        // 计算商品价格，直接依赖接口
        discountCalculator DiscountCalculatorInterface
        taxCalculator      TaxCalculator
        shippingCalculator ShippingCalculator
}

// 定义折扣计算器接口
type DiscountCalculatorInterface interface {
        CalculateDiscount(product Product) float64
}

// 定义一个具体的折扣计算器实现
type TypeADiscountCalculator struct{}

func (dc TypeADiscountCalculator) CalculateDiscount(product Product) float64 {
        // 计算 TypeA 商品的折扣
        return product.BasePrice * 0.1 // 例如，假设 TypeA 商品有 10% 的折扣
}

// 定义另一个具体的折扣计算器实现
type TypeBDiscountCalculator struct{}

func (dc TypeBDiscountCalculator) CalculateDiscount(product Product) float64 {
        // 计算 TypeB 商品的折扣
        return product.BasePrice * 0.15 // 例如，假设 TypeB 商品有 15% 的折扣
}

上述示例中，我们定义了一个 DiscountCalculatorInterface 接口以及两个不同的折扣计算器实现：TypeADiscountCalculator 和 TypeBDiscountCalculator。 OrderProcessorWithInterface 结构体依赖于 DiscountCalculatorInterface 接口，这使得我们可以根据商品的类型轻松切换不同的折扣策略。

3.4 实现对比

下面我们通过比较上面两种实现，探讨在识别出系统的变化后，让系统依赖一个接口，相对于依赖一个具体类的优点。

首先是对于系统的可扩展性，假设现在需要支持新的类型的折扣，如果引入了接口，只需实现新的折扣计算器并满足相同的接口要求，就可以完成预期的功能。如果我们还是依赖一个具体的类，此时要么在DiscountCalculator 中通过if...else 叠加业务逻辑，相对于接口的引入，代码的可扩展性相比接口的使用就大大降低了。

对于系统的可测试性，如果是定义了接口，我们不需要验证其他DiscountCalculator 的实现，只需要验证当前新增的处理器即可。如果是依赖一个具体的类，此时如果进行测试，就需要对所有分支进行覆盖，很容易疏漏。其次，我们也可以轻松模拟不同的折扣计算器实现，验证 OrderProcessor 的行为。

还有代码可读性和可维护性，接口提供了一种清晰的契约，我们可以将DiscountCalculator当作一个小的模块，OrderProcessor通过接口与该模块进行交互，这使得代码更易于理解和维护，因为接口充当了文档，明确了每个模块的预期行为。

最后，通过接口的定义，OrderProcessor将不再依赖具体的类，而是依赖一个抽象层，降低了系统的耦合度，不再需要关注折扣的计算，让折扣的计算变得更加灵活。

通过以上的讨论，我们认为如果识别出了系统的变化后，该模块可能存在多个不同方向的变化，应该尽量抽取出一个接口，这样能够提高系统的可扩展性，可测试性，代码的可读性以及可维护性都有一定程度的提高。

4. 何时使用接口

接口可以给我们带来一系列的优点，如松耦合，隔绝变化，提高代码的可扩展性等，但是滥用接口的话，反而会引入不必要的复杂性，并增加代码的理解和维护成本。

有一个核心的准则，尽量支持依赖具体的类，而不是抽取接口，不要为了使用接口而创造不必要的抽象，这可能会使代码变得混乱和难以理解。

如果真的使用接口，应该确定其在系统设计中起到促进松耦合和可维护性的作用，而不是增加复杂性。要在合适的场景下使用接口，并考虑接口设计的清晰性和可维护性。下面基于此，我们讨论一些接口可能适用的场景。

4.1 系统中存在变化部分

系统中存在变化的部分是使用接口的最核心场景之一。使用接口可以将这些变化部分从系统的其他部分隔离开来，使系统更具灵活性和可维护性。这种设计允许我们将变化的部分抽取为一个单独的模块，在变化时，只需要对该模块进行修改，而不必修改整个系统。接口充当了变化部分的契约，使不同的实现可以轻松地替换或添加，从而适应新的需求或变化的情况。

比如系统需要向用户发送邮件，可能不同的运营商提供了不同的API，然后我们系统中需要支持多个不同的运营商，在不同场景下使用不同运营商的接口。

此时我们通过定义接口，系统通过与该接口进行交互即可，而不需要关心底层的实现细节。如果将来要添加新的邮件服务提供商，只需创建一个新的类并实现接口即可，而不需要修改现有的代码。

这种方式使系统的变化部分与其余部分隔离开来，提高了系统的可维护性和可扩展性。此外，通过使用接口，我们可以创建模拟邮件发送器来验证系统的行为，更容易进行单元测试。