极客时间-设计模式之美笔记(4) 面向对象-实战（二）

如何对接口鉴权这样一个功能开发做面向对象分析？

　　面向对象分析主要的分析对象是“需求”，因此，面向对象分析可以粗略地看成“需求分析”。

1. 第一轮基础分析

　　用户名和密码的方式

2. 第二轮分析优化

　　调用方将请求接口的 URL 跟 AppID、密码拼接在一起，然后进行加密，生成一个 token。

　　调用方在进行接口请求的的时候，将这个 token 及 AppID，随 URL 一块传递给微服务端。微服务端接收到这些数据之后，根据 AppID 从数据库中取出对应的密码，并通过同样的 token 生成算法，生成另外一个 token。用这个新生成的 token 跟调用方传递过来的 token 对比。如果一致，则允许接口调用请求；否则，就拒绝接口调用请求。

3. 第三轮分析优化

　　我们可以进一步优化 token 生成算法，引入一个随机变量，让每次接口请求生成的 token 都不一样。我们可以选择时间戳作为随机变量。

　　调用方在进行接口请求的时候，将 token、AppID、时间戳，随 URL 一并传递给微服务端。微服务端在收到这些数据之后，会验证当前时间戳跟传递过来的时间戳，是否在一定的时间窗口内（比如一分钟）。如果超过一分钟，则判定 token 过期，拒绝接口请求。如果没有超过一分钟，则说明 token 没有过期，就再通过同样的 token 生成算法，在服务端生成新的 token，与调用方传递过来的 token 比对，看是否一致。如果一致，则允许接口调用请求；否则，就拒绝接口调用请求。

4. 第四轮分析优化

　　针对 AppID 和密码的存储，我们最好能灵活地支持各种不同的存储方式，比如 ZooKeeper、本地配置文件、自研配置中心、MySQL、Redis 等。

5. 最终确定需求

　　调用方进行接口请求的时候，将 URL、AppID、密码、时间戳拼接在一起，通过加密算法生成 token，并且将 token、AppID、时间戳拼接在 URL 中，一并发送到微服务端。
　　微服务端在接收到调用方的接口请求之后，从请求中拆解出 token、AppID、时间戳。
　　微服务端首先检查传递过来的时间戳跟当前时间，是否在 token 失效时间窗口内。如果已经超过失效时间，那就算接口调用鉴权失败，拒绝接口调用请求。
　　如果 token 验证没有过期失效，微服务端再从自己的存储中，取出 AppID 对应的密码，通过同样的 token 生成算法，生成另外一个 token，与调用方传递过来的 token 进行匹配；如果一致，则鉴权成功，允许接口调用，否则就拒绝接口调用。

如何利用面向对象设计和编程开发接口鉴权功能？

　如何进行面向对象设计？

划分职责进而识别出有哪些类；
定义类及其属性和方法；
定义类与类之间的交互关系；
将类组装起来并提供执行入口。

1. 划分职责进而识别出有哪些类

　　根据需求描述，把其中涉及的功能点，一个一个罗列出来，然后再去看哪些功能点职责相近，操作同样的属性，是否应该归为同一个类。让我们拆解上文的最终需求，注意：拆解出来的每个功能点要尽可能的小。每个功能点只负责做一件很小的事情（单一职责）。

把 URL、AppID、密码、时间戳拼接为一个字符串；
对字符串通过加密算法加密生成 token；
将 token、AppID、时间戳拼接到 URL 中，形成新的 URL；
解析 URL，得到 token、AppID、时间戳等信息；
从存储中取出 AppID 和对应的密码；
根据时间戳判断 token 是否过期失效；
验证两个 token 是否匹配；

　　我们发现，1、2、6、7 都是跟 token 有关，负责 token 的生成、验证；3、4 都是在处理 URL，负责 URL 的拼接、解析；5 是操作 AppID 和密码，负责从存储中读取 AppID 和密码。

　　所以，我们可以粗略地得到三个核心的类：AuthToken、Url、CredentialStorage。

AuthToken 负责实现 1、2、6、7 这四个操作；
Url 负责 3、4 两个操作；
CredentialStorage 负责 5 这个操作。

　　这个需求相对简单，针对复杂的需求开发，我们首先要做的是进行模块划分，将需求先简单划分成几个小的、独立的功能模块，然后再在模块内部，应用我们刚刚讲的方法，进行面向对象设计。而模块的划分和识别，跟类的划分和识别，是类似的套路。

2. 定义类及其属性和方法

　　AuthToken 类相关的功能点有四个：

把 URL、AppID、密码、时间戳拼接为一个字符串；
对字符串通过加密算法加密生成 token；
根据时间戳判断 token 是否过期失效；
验证两个 token 是否匹配。

　　识别出需求描述中的动词，作为候选的方法，再进一步过滤筛选。类比一下方法的识别，我们可以把功能点中涉及的名词，作为候选属性，然后同样进行过滤筛选。我们可以借用这个思路，根据功能点描述，识别出来 AuthToken 类的属性和方法，如下所示：

从上面的类图中，我们可以发现这样三个小细节。

　　第一个细节：并不是所有出现的名词都被定义为类的属性，比如 URL、AppID、密码、时间戳这几个名词，我们把它作为了方法的参数。

　　第二个细节：我们还需要挖掘一些没有出现在功能点描述中属性，比如 createTime，expireTimeInterval，它们用在 isExpired() 函数中，用来判定 token 是否过期。

　　第三个细节：我们还给 AuthToken 类添加了一个功能点描述中没有提到的方法 getToken()。

　　第一个细节告诉我们，从业务模型上来说，不应该属于这个类的属性和方法，不应该被放到这个类里。比如 URL、AppID 这些信息，从业务模型上来说，不应该属于 AuthToken，所以我们不应该放到这个类中。

　　第二、第三个细节告诉我们，在设计类具有哪些属性和方法的时候，不能单纯地依赖当下的需求，还要分析这个类从业务模型上来讲，理应具有哪些属性和方法。这样可以一方面保证类定义的完整性，另一方面不仅为当下的需求还为未来的需求做些准备。

　　Url 类相关的功能点有两个：

将 token、AppID、时间戳拼接到 URL 中，形成新的 URL；
解析 URL，得到 token、AppID、时间戳等信息。

　　接口请求并不一定是以 URL 的形式来表达，还有可能是 Dubbo、RPC 等其他形式。为了让这个类更加通用，命名更加贴切，我们接下来把它命名为 ApiRequest。下面是我根据功能点描述设计的 ApiRequest 类。

CredentialStorage 类相关的功能点有一个：

从存储中取出 AppID 和对应的密码。

3. 定义类与类之间的交互关系

　　泛化、实现、组合、依赖这四种关系掌握即可

泛化（Generalization）可以简单理解为继承关系。具体到 Java 代码就是下面这样：

public class A { ... }
public class B extends A { ... }

实现（Realization）一般是指接口和实现类之间的关系。具体到 Java 代码就是下面这样：

public interface A {...}
public class B implements A { ... }

依赖（Dependency）是一种比关联关系更加弱的关系，包含关联关系。不管是 B 类对象是 A 类对象的成员变量，还是 A 类的方法使用 B 类对象作为参数或者返回值、局部变量，只要 B 类对象和 A 类对象有任何使用关系，我们都称它们有依赖关系。具体到 Java 代码就是下面这样：

public class A {
private B b;
public A(B b) {
this.b = b;
}
}
或者
public class A {
private B b;
public A() {
this.b = new B();
}
}
或者
public class A {
public void func(B b) { ... }
}

组合（Association）具体到代码层面，只要 B 类对象是 A 类对象的成员变量，那我们就称，A 类跟 B 类是组合关系。具体到 Java 代码就是下面这样：　

public class A {
  private B b;
  public A(B b) {
    this.b = b;
  }
}
或者
public class A {
  private B b;
  public A() {
    this.b = new B();
  }
}

4. 将类组装起来并提供执行入口

接口鉴权并不是一个独立运行的系统，而是一个集成在系统上运行的组件，所以，我们封装所有的实现细节，设计了一个最顶层的 ApiAuthenticator 接口类，暴露一组给外部调用者使用的 API 接口，作为触发执行鉴权逻辑的入口。具体的类的设计如下所示：

如何进行面向对象编程？

　　面向对象设计完成之后，我们已经定义清晰了类、属性、方法、类之间的交互，并且将所有的类组装起来，提供了统一的执行入口。接下来，面向对象编程的工作，就是将这些设计思路翻译成代码实现。有了前面的类图，这部分工作相对来说就比较简单了。所以，这里我只给出比较复杂的 ApiAuthenticator 的实现。

public interface ApiAuthenticator {
  void auth(String url);
  void auth(ApiRequest apiRequest);
}

public class DefaultApiAuthenticatorImpl implements ApiAuthenticator {
  private CredentialStorage credentialStorage;
  
  public DefaultApiAuthenticatorImpl() {
    this.credentialStorage = new MysqlCredentialStorage();
  }
  
  public DefaultApiAuthenticatorImpl(CredentialStorage credentialStorage) {
    this.credentialStorage = credentialStorage;
  }

  @Override
  public void auth(String url) {
    ApiRequest apiRequest = ApiRequest.buildFromUrl(url);
    auth(apiRequest);
  }

  @Override
  public void auth(ApiRequest apiRequest) {
    String appId = apiRequest.getAppId();
    String token = apiRequest.getToken();
    long timestamp = apiRequest.getTimestamp();
    String originalUrl = apiRequest.getOriginalUrl();

    AuthToken clientAuthToken = new AuthToken(token, timestamp);
    if (clientAuthToken.isExpired()) {
      throw new RuntimeException("Token is expired.");
    }

    String password = credentialStorage.getPasswordByAppId(appId);
    AuthToken serverAuthToken = AuthToken.generate(originalUrl, appId, password, timestamp);
    if (!serverAuthToken.match(clientAuthToken)) {
      throw new RuntimeException("Token verfication failed.");
    }
  }
}