设计模式 - 七大原则

2、接口隔离

• 客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应建立在最小的接口上

案例Ⅰ

• 违反接口隔离原则
• 类A通过接口Inteface1依赖（使用）C类，但只用到1，2，3方法
• 类B通过接口Inteface1依赖（使用）D类，但只用到1，4，5方法

public class Segregation {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        a.depend1(new C());
		a.depend2(new C());
        
        B b = new B();
        b.depend1(new D());
        b.depend4(new D());
    }
}

// 接口1
interface interface1 {
    void operation1();
    void operation2();
    void operation3();
    void operation4();
    void operation5();
}

// 类C实现接口1
class C implements Interface1 {
    public void operation1() {
        System.out.println("C 实现了 方法1");
    }
    public void operation2() {
        System.out.println("C 实现了 方法2");
    }
    public void operation3() {
        System.out.println("C 实现了 方法3");
    }
    public void operation4() {
        System.out.println("C 实现了 方法4");
    }
    public void operation5() {
        System.out.println("C 实现了 方法5");
    }
}

// 类D实现接口1
class D implements Interface1 {
    public void operation1() {
        System.out.println("D 实现了 方法1");
    }
    public void operation2() {
        System.out.println("D 实现了 方法2");
    }
    public void operation3() {
        System.out.println("D 实现了 方法3");
    }
    public void operation4() {
        System.out.println("D 实现了 方法4");
    }
    public void operation5() {
        System.out.println("D 实现了 方法5");
    }
}

// 类A通过Interface1依赖类C的方法1、方法2、方法3
class A {
     public void depend1(Interface1 i1) {
        i1.operation1();
    }
    public void depend2(Interface1 i1) {
        i1.operation2();
    }
    public void depend3(Interface1 i1) {
        i1.operation3();
    }
}

// 类B通过Interface1依赖类D的方法1、方法4、方法5
class B {
     public void depend1(Interface1 i1) {
        i1.operation1();
    }
    public void depend4(Interface1 i1) {
        i1.operation4();
    }
    public void depend5(Interface1 i1) {
        i1.operation5();
    }
}

案例Ⅱ

• 符合接口隔离原则，依赖最小接口

public class Segregation {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        a.depend1(new C());
		a.depend2(new C());
        
        B b = new B();
        b.depend1(new D());
        b.depend4(new D());
    }
}

// 接口1
interface interface1 {
    void operation1();
}
// 接口2
interface interface2 {
    void operation2();
    void operation3();
}
// 接口3
interface interface3 {
    void operation4();
    void operation5();
}

// 类C实现接口1和接口2
class C implements Interface1,interface2 {
    public void operation1() {
        System.out.println("C 实现了 方法1");
    }
    public void operation2() {
        System.out.println("C 实现了 方法2");
    }
    public void operation3() {
        System.out.println("C 实现了 方法3");
    }
}

// 类D实现接口1和接口3
class D implements Interface1,interface3 {
    public void operation1() {
        System.out.println("D 实现了 方法1");
    }
    public void operation4() {
        System.out.println("D 实现了 方法4");
    }
    public void operation5() {
        System.out.println("D 实现了 方法5");
    }
}

// 类A通过Interface1和接口2依赖类C的方法1、方法2、方法3
class A {
     public void depend1(Interface1 i1) {
        i1.operation1();
    }
    public void depend2(Interface2 i2) {
        i2.operation2();
    }
    public void depend3(Interface2 i2) {
        i2.operation3();
    }
}

// 类B通过Interface1和接口3依赖类D的方法1、方法4、方法5
class B {
     public void depend1(Interface1 i1) {
        i1.operation1();
    }
    public void depend4(Interface3 i3) {
        i3.operation4();
    }
    public void depend5(Interface3 i3) {
        i3.operation5();
    }
}

3、依赖倒转

• 高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象
• 抽象不应该依赖细节（java种的实现类），细节应该依赖抽象
• 面向接口编程
• 相对于细节的多变性，抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建的架构比以细节为基础的架构稳定的多
• 使用接口或抽象类的目的是制定好规范，而不涉及任何具体的操作，将展现细节的任务交给实现类完成

错误示例

• 直接依赖具体实现

/**
 * 如果需要获取消息的对象变成微信、短信等其他方式，则不仅要新增具体的类，同时Person也要增加相应的信息接
 * 收方法。
 */
class Person {
    public void receive(Email email) {
        System.out.println(email.getInfo());
    }
}

class Email {
    public String getInfo() {
        return "电子邮件信息";
    }
}

案例Ⅰ

• 通过接口传递实现依赖
• 低层模块尽量都要有抽象类或者接口，或者两者都有。这样程序稳定性更好

// 开关接口
interface IOpenAndClose {
    void open(ITV tv);
}

// 电视 - 遥控的电视、手动控制的电视
interface ITV {
    void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    // 不关心具体电视怎么开关，传进来什么具体电视调用其具体实现
    public void open(ITV tv) {
        tv.play();
    }
}

案例Ⅱ

• 通过构造方法依实现赖传递
• 变量的声明类型尽量是抽象类或者接口，这样变量引用和实际对应间，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和优化

// 开关接口
interface IOpenAndClose {
    void open();
}

// 电视 - 遥控的电视、手动控制的电视
interface ITV {
    void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    private ITV tv;
    
    public OpenAndClose(ITV tv) {
        this.tv = tv;
    }
    // 通过初始化成员变量的方式
    public void open() {
        this.tv.play();
    }
}

案例Ⅲ

• 通过setter方法实现依赖传递

// 开关接口
interface IOpenAndClose {
    void open();
    
    void setTv(ITV tv);
}

// 电视 - 遥控的电视、手动控制的电视
interface ITV {
    void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    private ITV tv;
    
    public void setTv(ITV tv) {
        this.tv = tv;
    }
    
    // 不关心具体电视怎么开关，传进来具体电视调用其具体开关实现
    public void open() {
        this.tv.play();
    }
}

4、里氏替换

• 如果对每个类型为T1的对象O1，都有类型为T2的对象O2，使得以T1定义的所有程序P在所有的对象O1都代换成O2时，程序P的行为没有发生变化，那么类型T2是类型T1的子类型。
  • 所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象
• 使用继承时，遵循里氏替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法
• 里氏替换原则告诉我们，继承实际上让两个类耦合性增强了，在适当的情况下，可以通过聚合、组合、依赖来解决耦合问题

案例Ⅰ

• 原来运行正常的求差功能发生了错误，原因就是类B无意中重写了父类的方法，造成原有功能的出错。在实际编码中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候

public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        // 结果为：11 - 3 = 8
        a.func1(11,3);
        
        B b = new B();
        // 结果为：11 + 3 = 14，可能为无意识的重写父类求差方法，调用时还误以为是调用父类求差方法
        b.func1(11,3);
        b.func2(11,3)
    }
}

class A {
    // 返回两数之差
    public int func1(int num1,int num2) {
       	return num1 - num2;
    }
}

// B类重写了父类A中的func1方法
class B extends A {
    @Override
    public int func1(int num1,int num2) {
       	return num1 + num2;
    }
    public int func2(int num1,int num2) {
       	return func1(num1 , num2) + 9;
    }
}

案例Ⅱ

• 通用的解决方法：使原来的父类和子类都继承一个更基础的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖、聚合、组合、关联等关系代替

public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        // 结果为：11 - 3 = 8
        a.func1(11,3);
        
        B b = new B();
        // 结果为：11 + 3 = 14，因为B类和A类不再是继承关系，调用者就不会再误以为func1是求差的
        b.func1(11,3);
        // 结果为：11 - 3 = 8
        b.func3(11,3)
    }
}

// 将更加基础的方法和成员抽离到Base类（子类不再重写的方法，不再改变的成员）
class Base {
    
}

class A extends Base {
    // 返回两数之差
    public int func1(int num1,int num2) {
       	return num1 - num2;
    }
}

// 使B和A组合
class B extends Base {
    private A a = new A();
    
    public int func1(int num1,int num2) {
       	return num1 + num2;
    }
    public int func2(int num1,int num2) {
       	return func1(num1 , num2) + 9;
    }
    // 使用a的求差方法
    public int func3(int num1,int num2) {
       	return this.a.func1(num1 , num2);
    }
}

5、开闭原则

• 编程中最基础、最重要的设计原则
• 一个软件实体，如类、模块、函数应对扩展开放，对修改关闭。用抽象构建框架，用实现扩展细节
• 当软件需要变化时，尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化
• 编程中遵循其他原则，以及使用设计模式的目的就是为了遵循开闭原则

案例Ⅰ

• 优点代码好理解，简单易操作
• 缺点违反了开闭原则，即对扩展开放（提供方），对修改关闭（调用者）
  • 当给类增加新功能得时候，尽量不修改原代码，或者尽可能得少修改原代码
• 如果现在需求要新增一个绘制三角形得方法，修改地方将较多

public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
		GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
        graphicEditor.drawShape(new Circle());
    }
}


class GraphicEditor {
    public void drawShape(Shape s) {
        if (s.type == 1) {
            drawRectangle(s);
        } else if (s.type == 2) {
            drawCircle(s);
        }
    }
    
    public void drawRectangle(Shape s) {
    	System.out.println("绘制矩形");  
    }
        public void drawCircle(Shape s) {
    	System.out.println("绘制圆形");  
    }
}

class Shape {
    int type;
}

class Rectangle extends Shape {
    Rectangle() {
        super.type = 1;
    }
}

class Circle extends Shape {
    Rectangle() {
        super.type = 2;
    }
}

案例Ⅱ

• 新增功能改动比较多
• 违反开闭原则

public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
		GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
        graphicEditor.drawShape(new Circle());
        graphicEditor.drawShape(new Triangle());
    }
}


class GraphicEditor {
    public void drawShape(Shape s) {
        if (s.type == 1) {
            drawRectangle(s);
        } else if (s.type == 2) {
            drawCircle(s);
        } else if (s.type == 3) {
            drawTriangle(s);
        }
    }
    
    public void drawRectangle(Shape s) {
    	System.out.println("绘制矩形");  
    }
    public void drawCircle(Shape s) {
    	System.out.println("绘制圆形");  
    }
    public void drawTriangle(Shape s) {
    	System.out.println("绘制三角形");  
    }
}

class Shape {
    int type;
}

class Rectangle extends Shape {
    Rectangle() {
        super.type = 1;
    }
}

class Circle extends Shape {
    Circle() {
        super.type = 2;
    }
}

class Triangle extends Shape {
    Triangle() {
        super.type = 3;
    }
}

案例Ⅲ

• 代码更简洁、新增需求后只需要写具体实现即可
• 符合开闭原则

public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
		GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawRectangle(new Rectangle());
        graphicEditor.drawRectangle(new Circle());
        graphicEditor.drawRectangle(new Triangle());
    }
}


class GraphicEditor {
    public void drawShape(Shape s) {
		s.draw();
    }
}

abstract class Shape {
    // 抽象方法
    public abstract void draw();
}

class Rectangle extends Shape {
    @Override
	public vid draw() {
        System.out.println("绘制矩形");  
    }
}

class Circle extends Shape {
    @Override
	public vid draw() {
        System.out.println("绘制圆形");  
    }
}

class Triangle extends Shape {
    @Override
	public vid draw() {
        System.out.println("绘制三角形");  
    }
}

6、迪米特法则

• 一个对象应该对其他对象保持最少的了解
• 类与类 关系越密切，耦合度就越大
• 迪米特法则，又叫最少知道原则，即一个类对自己依赖的类 知道的越少越好
  • 对于被依赖的类不管多么复杂，都尽量将逻辑封装在类的内部，对外除了提供的public方法，不对外泄露任何信息
• 只与直接的朋友通信

直接朋友

• 每个对象都会与其他对象有耦合关系，只要两个对象之间有耦合关系，我们就说这两个对象之间是朋友关系。耦合的方式有很多，依赖、关联、组合、聚合等。其中，我们成出现成员变量、方法参数、发放返回值中的类为直接的朋友，而出现在局部变量中的类不是直接的朋友。也就是说，陌生的类最好不要以局部变量的形式出现在类的内部。

案例Ⅰ

• 陌生类出现在局部变量违反迪米特法则

public class Demeter {
    public static void main(String[] args) {
        EmployeeManager em = new EmployeeManager();
        em.printAllEmployee(new CollegeManager());
    }
}

class Employee {
    private String id;
    
    public void setId (String id) {
        this.id = id;
    }
    public String getId() {
        return id;
    }
}

class CollegeEmployee {
    private String id;
    
    public void setId (String id) {
        this.id = id;
    }
    public String getId() {
        return id;
    }
}

class CollegeManager {
    public List<CollegeEmployee> getAllCollege() {
        List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i< 10; i++) {
            CollegeEmployee ce = new CollegeEmployee();
            ce.setId("学院员工id=" + i);
            list.add(ce);
        }
        return list;
    }
}

class EmployeeManager {
    public List<Employee> getAllEmployee() {
        List<Employee> list = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i < 5; i++) {
            Employee e = new Employee();
            e.setId("学校总部员工id=" + i);
            list.add(e);
        }
        return list;
    }
    
    void printAllEmployee(CollegeManager cm) {
        // 此返回值违反迪米特法则：不是EmployeeManager类的成员、方法入参或出参，即陌生类
        List<CollegeEmployee> list1 = cm.getAllCollege();
        System.out.println("-----学院员工------");
        for (CollegeEmployee ce : list1) {
            System.out.println(ce.getId());
        }
        List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
        System.out.println("-----学校总部员工------");
        for (Employee e : list2) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

案例Ⅱ

• 不要将类自身方法的具体实现写到别的类里实现
• 类与类之间需要符合最少知道原则，即迪米特法则

public class Demeter {
    public static void main(String[] args) {
        EmployeeManager em = new EmployeeManager();
        em.printAllEmployee(new CollegeManager());
    }
}

class Employee {
    private String id;
    
    public void setId (String id) {
        this.id = id;
    }
    public String getId() {
        return id;
    }
}

class CollegeEmployee {
    private String id;
    
    public void setId (String id) {
        this.id = id;
    }
    public String getId() {
        return id;
    }
}

class CollegeManager {
    public List<CollegeEmployee> getAllCollege() {
        List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i< 10; i++) {
            CollegeEmployee ce = new CollegeEmployee();
            ce.setId("学院员工id=" + i);
            list.add(ce);
        }
        return list;
    }
    
    /**
     * 不要将自身类的方法具体实现写到别的类里实现
     */
    void printAllCollege() {
     	List<CollegeEmployee> list1 = this.getAllCollege();
        System.out.println("-----学院员工------");
        for (CollegeEmployee ce : list1) {
            System.out.println(ce.getId());
        }
    }

}

class EmployeeManager {
    public List<Employee> getAllEmployee() {
        List<Employee> list = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i < 5; i++) {
            Employee e = new Employee();
            e.setId("学校总部员工id=" + i);
            list.add(e);
        }
        return list;
    }
    
    void printAllEmployee(CollegeManager cm) {
        // 通过public方法调用修改后的方法
        cm.printAllCollege();
        List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
        System.out.println("-----学校总部员工------");
        for (Employee e : list2) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

7、合成复用原则

• 尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承

• 如果只是让一个类使用另一个类中的部分方法，使用继承就会让两者之间耦合度增强

  • 依赖：类A作为类B方法的入参
  • 聚合：类A作为类B的成员变量，并通过setter方法进行赋值
  • 组合：类A作为类B的成员变量，并直接new创建A对象

设计原则的核心思想

• 找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起
• 针对接口编程，而不是针对实现编程
• 为了交互对象之间的松耦合设计而努力

类图

依赖关系

• 类的成员属性（也是聚合）
• 类的方法入参
• 类的方法出参
• 类方法中的局部变量

泛化 - 依赖关系的特列

• 泛化实际上就是继承关系

实现关系 - 依赖关系的特列

• 类实现接口

关联关系 - 依赖关系的特列

• 关联具有导航行：单向关系、双向关系、
• 一个类是另一个类的成员属性，单向关系
• 两个类互相为成员属性，双向关系

聚合 - 关联关系的特列

• 表示整体和部分的关系，整体与部分可以分开
• 整体和部分可以分开为聚合，不可分开为组合

组合 - 关联关系的特列

• 一个类为另一个类的成员变量，且通过new直接创建

设计模式类型

• 创建型模式：单例、抽象工厂、原型、建造者、工厂
• 结构型模式：适配器、桥接、装饰、组合、外观、享元、代理
• 行为型模式：模板方法、命令、访问者、迭代器、观察者、中介者、备忘录、解释器、状态、策略、责任链