设计模式七大原则
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设计模式原则，其实就是程序员在编程时，应当遵守的原则，也是各种设计模式的基础(即：设计模式为什么 这样设计的依据)
- 单一职责原则
- 接口隔离原则
- 依赖倒转(倒置)原则
- 里氏替换原则
- 开闭原则
- 迪米特法则
- 合成复用原则
1 单一职责原则
- 基本介绍
对类来说的，即一个类应该只负责一项职责。如类 A 负责两个不同职责：职责 1，职责 2。当职责 1 需求变更 而改变 A 时，可能造成职责 2 执行错误，所以需要将类 A 的粒度分解为 A1，A2 - 应用实例
以交通工具案例讲解
案例一
public class Vehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");
}
}
public class SingleResponsibility {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.run("摩托车");
vehicle.run("汽车");
vehicle.run("飞机");
}
}
在方式 1 的 run 方法中，违反了单一职责原则
解决的方案非常的简单，根据交通工具运行方法不同，分解成不同类即可
案例二
public class AirVehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在天空运行");
}
}
public class RoadVehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在公路运行");
}
}
public class WaterVehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在水中运行");
}
}
public class SingleResponsibility {
public static void main(String[] args) {
RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
roadVehicle.run("摩托车");
roadVehicle.run("汽车");
AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
airVehicle.run("飞机");
}
}
方案 2 的分析
- 遵守单一职责原则
- 但是这样做的改动很大，即将类分解，同时修改客户端
- 改进：直接修改 Vehicle 类，改动的代码会比较少
案例三
public class Vehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");
}
public void runAir(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在天空上运行....");
}
public void runWater(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在水中行....");
}
}
public class SingleResponsibility {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.run("汽车");
vehicle.runWater("轮船");
vehicle.runAir("飞机");
}
}
方案 3 的分析
- 这种修改方法没有对原来的类做大的修改，只是增加方法
- 这里虽然没有在类这个级别上遵守单一职责原则，但是在方法级别上，仍然是遵守单一职责
单一职责原则注意事项和细节
- 降低类的复杂度，一个类只负责一项职责。
- 提高类的可读性，可维护性
- 降低变更引起的风险
- 通常情况下，我们应当遵守单一职责原则，只有逻辑足够简单，才可以在代码级违反单一职责原则； 只有类中 方法数量足够少，可以在方法级别保持单一职责原则
2 接口隔离原则(Interface Segregation Principle)
基本介绍
- 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该建立在最小的接口上
- 类 A 通过接口 Interface1 依赖类 B，类 C 通过接口 Interface1 依赖类 D，如果接口 Interface1 对于类 A 和类 C 来说不是最小接口，那么类 B 和类 D 必须去实现他们不需要的方法。
- 按隔离原则应当这样处理： 将接口 Interface1 拆分为独立的几个接口(这里我们拆分成 3 个接口)，类 A 和类 C 分别与他们需要的接口建立 依赖关系。也就是采用接口隔离原则
应用实例
public interface Interface {
void operation1();
void operation2();
void operation3();
void operation4();
void operation5();
}
public class B implements Interface {
public void operation1() {
System.out.println("B 实现了 operation1");
}
public void operation2() {
System.out.println("B 实现了 operation2");
}
public void operation3() {
System.out.println("B 实现了 operation3");
}
public void operation4() {
System.out.println("B 实现了 operation4");
}
public void operation5() {
System.out.println("B 实现了 operation5");
}
}
public class D implements Interface {
public void operation1() {
System.out.println("D 实现了 operation1");
}
public void operation2() {
System.out.println("D 实现了 operation2");
}
public void operation3() {
System.out.println("D 实现了 operation3");
}
public void operation4() {
System.out.println("D 实现了 operation4");
}
public void operation5() {
System.out.println("D 实现了 operation5");
}
}
public class A { //A 类通过接口 Interface 依赖(使用) B 类，但是只会用到 1,2,3 方法
public void depend1(Interface i) {
i.operation1();
}
public void depend2(Interface i) {
i.operation2();
}
public void depend3(Interface i) {
i.operation3();
}
}
public class C { //C 类通过接口 Interface1 依赖(使用) D 类，但是只会用到 1,4,5 方法
public void depend1(Interface i) {
i.operation1();
}
public void depend4(Interface i) {
i.operation4();
}
public void depend5(Interface i) {
i.operation5();
}
}
- 类 A 通过接口 Interface1 依赖类 B，类 C 通过接口 Interface1 依赖类 D，如果接口 Interface1 对于类 A 和类 C 来说不是最小接口，那么类 B 和类 D 必须去实现他们不需要的方法
- 将接口 Interface1 拆分为独立的几个接口，类 A 和类 C 分别与他们需要的接口建立依赖关系。也就是采用接口 隔离原则
- 接口 Interface1 中出现的方法，根据实际情况拆分为三个接口
方案2
public interface Interface {
void operation1();
}
public interface Interface2 {
void operation2();
void operation3();
}
public interface Interface3 {
void operation4();
void operation5();
}
public class B implements Interface, Interface2 {
public void operation1() {
System.out.println("B 实现了 operation1");
}
public void operation2() {
System.out.println("B 实现了 operation2");
}
public void operation3() {
System.out.println("B 实现了 operation3");
}
}
public class D implements Interface, Interface3 {
public void operation1() {
System.out.println("D 实现了 operation1");
}
public void operation4() {
System.out.println("D 实现了 operation4");
}
public void operation5() {
System.out.println("D 实现了 operation5");
}
}
public class A { // A 类通过接口 Interface1,Interface2 依赖(使用) B 类，但是只会用到 1,2,3 方法
public void depend1(Interface i) {
i.operation1();
}
public void depend2(Interface2 i) {
i.operation2();
}
public void depend3(Interface2 i) {
i.operation3();
}
}
public class C {
public void depend1(Interface i) { // C 类通过接口 Interface1,Interface3 依赖(使用) D 类，但是只会用到 1,4,5 方法
i.operation1();
}
public void depend4(Interface3 i) {
i.operation4();
}
public void depend5(Interface3 i) {
i.operation5();
}
}
public class Segregation {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
a.depend1(new B()); // A 类通过接口去依赖 B 类
a.depend2(new B());
a.depend3(new B());
C c = new C();
c.depend1(new D()); // C 类通过接口去依赖(使用)D 类
c.depend4(new D());
c.depend5(new D());
}
}
3 依赖倒转原则
- 基本介绍
依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)是指：
1 高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象
2 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
3依赖倒转(倒置)的中心思想是面向接口编程
4 依赖倒转原则是基于这样的设计理念：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要稳定的多。在 java 中，抽象指的是接口或抽象类，细节就是具体的实现类
5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，把展现细节的任务交给他们的实现类去完成 - 应用实例
方案1
public class Email {
public String getInfo() {
return "电子邮件信息: hello,world"; }
}
public class Person {
public void receive(Email email ) {
System.out.println(email.getInfo()); }
}
public class DependecyInversion {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
}
}
完成 Person 接收消息的功能
方式 1 分析
- 简单，比较容易想到
- 如果我们获取的对象是 微信，短信等等，则新增类，同时 Perons 也要增加相应的接收方法
- 解决思路：引入一个抽象的接口 IReceiver, 表示接收者, 这样 Person 类与接口 IReceiver 发生依赖 因为 Email, WeiXin 等等属于接收的范围，他们各自实现 IReceiver 接口就 ok, 这样我们就符合依赖倒转原则
方案2
public interface IReceiver {
public String getInfo();
}
public class Email implements IReceiver {
public String getInfo() {
return "电子邮件信息: hello email";
}
}
public class WeChat implements IReceiver {
public String getInfo() {
return "微信信息: hello wechat";
}
}
public class Person {
//这里是对接口的依赖
public void receive(IReceiver receiver) {
System.out.println(receiver.getInfo());
}
}
public class DependecyInversion {
public static void main(String[] args) {
//客户端无需改变
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
person.receive(new WeChat());
}
}
依赖倒转原则的注意事项和细节
1 低层模块尽量都要有抽象类或接口，或者两者都有，程序稳定性更好.
2 变量的声明类型尽量是抽象类或接口, 这样我们的变量引用和实际对象间，就存在一个缓冲层，利于程序扩展 和优化
3 继承时遵循里氏替换原则
4 里氏替换原则
- OO 中的继承性的思考和说明
1 继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法，实际上是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有 的子类必须遵循这些契约，但是如果子类对这些已经实现的方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。
2 继承在给程序设计带来便利的同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性，程序的可移植性降低， 增加对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承，则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且 父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障
3 问题提出：在编程中，如何正确的使用继承? => 里氏替换原则 - 基本介绍
1 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)在 1988 年，由麻省理工学院的一位姓里的女士提出的。
2 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。换句话说，所有引用基类的地 方必须能透明地使用其子类的对象。
3 在使用继承时，遵循里氏替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法
4 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，依赖来解决问题。.
问题引出
public class A {
// 返回两个数的差
public int func1(int num1, int num2) {
return num1 - num2;
}
}
public class B extends A {
//这里，重写了 A 类的方法, 可能是无意识
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b) {
return func1(a, b) + 9;
}
}
public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));
System.out.println("-----------------------");
B b = new B();
System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3));
//这里本意是求出 11-3
System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));// 1-8
System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
}
}
11-3=8
1-8=-7
-----------------------
11-3=14
1-8=9
11+3+9=23
问题解决
原来运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类 B 无意中重写了父类的方法，造成原有功能出现错 误。在实际编程中，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。
通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖，聚合，组合等关系代替。
改进方案
public class Base {
//把更加基础的方法和成员写到 Base 类
}
public class A extends Base {
// 返回两个数的差
public int func1(int num1, int num2) {
return num1 - num2;
}
}
public class B extends Base {
//如果 B 需要使用 A 类的方法,使用组合关系
private A a = new A(); //这里，重写了 A 类的方法, 可能是无意识
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b) {
return func1(a, b) + 9;
}
//我们仍然想使用 A 的方法
public int func3(int a, int b) {
return this.a.func1(a, b);
}
}
public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));
System.out.println("-----------------------");
B b = new B();
//因为 B 类不再继承 A 类，因此调用者，不会再 func1 是求减法
//调用完成的功能就会很明确
System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));//这里本意是求出 11+3
System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));// 1+8
System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
//使用组合仍然可以使用到 A 类相关方法
System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));// 这里本意是求出 11-3
}
}
11-3=8
1-8=-7
-----------------------
11+3=14
1+8=9
11+3+9=23
11-3=8
5 开闭原则
-
基本介绍
1 开闭原则（Open Closed Principle）是编程中最基础、最重要的设计原则
2 一个实体如类，模块和函数应该对扩展开放(对提供方)，对修改关闭(对使用方)。用抽象构建框架，用实现扩展细节。
3 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。
4 编程中遵循其它原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。 -
问题引出：实现换图功能
public class Shape {
int type;
}
public class Rectangle extends Shape {
Rectangle() {
super.type = 1;
}
}
public class Circle extends Shape {
Circle() {
super.type = 2;
}
}
public class Triangle extends Shape {
Triangle() {
super.type = 3;
}
}
public class GraphicEditor {
//接收 Shape 对象，然后根据 type，来绘制不同的图形
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);
}
//绘制矩形
public void drawRectangle(Shape r) {
System.out.println(" 绘制矩形 ");
}
//绘制圆形
public void drawCircle(Shape r) {
System.out.println(" 绘制圆形 ");
}
//绘制三角形
public void drawTriangle(Shape r) {
System.out.println(" 绘制三角形 ");
}
}
public class OCP {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
graphicEditor.drawShape(new Triangle());
}
}
方式 1 的优缺点
1 优点是比较好理解，简单易操作。
2 缺点是违反了设计模式的 ocp 原则，即对扩展开放(提供方)，对修改关闭(使用方)。即当我们给类增加新功能的时候，尽量不修改代码，或者尽可能少修改代码。
3 比如我们这时要新增加一个图形种类三角形，修改的地方较多。
- 改进的思路分析思路：
把创建 Shape 类做成抽象类，并提供一个抽象的 draw 方法，让子类去实现即可，这样我们有新的图形种类时，只需要让新的图形类继承 Shape，并实现 draw 方法即可，使用方的代码就不需要修改，满足了开闭原则
改进后的代码：
public abstract class Shape {
int type;
public abstract void draw();//抽象方法
}
public class GraphicEditor {
//接收 Shape 对象，调用 draw 方法
public void drawShape(Shape s) {
s.draw();
}
}
public class Rectangle extends Shape {
Rectangle() {
super.type = 1;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println(" 绘制矩形 ");
}
}
public class Circle extends Shape {
Circle() {
super.type = 2;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println(" 绘制圆形 ");
}
}
public class Triangle extends Shape {
Triangle() {
super.type = 3;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println(" 绘制三角形 ");
}
}
public class OtherGraphic extends Shape {
OtherGraphic() {
super.type = 4;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println(" 绘制其它图形 ");
}
}
public class OCP {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
graphicEditor.drawShape(new Triangle());
graphicEditor.drawShape(new OtherGraphic());
}
}
6 迪米特法则
- 基本介绍
- 1 一个对象应该对其他对象保持最少的了解。
- 2 类与类关系越密切，耦合度越大。
- 3 迪米特法则(Demeter Principle)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。也就是说，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。
- 4 迪米特法则还有个更简单的定义：只与直接的朋友通信。
- 5 ***直接的朋友：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。耦合的方式很多，依赖，关联，组合，聚合等。其中，我们称出现成员变量，方法参数，方法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。
- 问题引出
公司分总部和分部，现要求打印出公司总部员工 ID 和分部员工的 id
/**
* @Description 公司总部员工实体类
* @Author LiuXing
* @Date 2020/05/20 22:12
*/
public class HeadquartersEmployee {
private String id;
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
}
/**
* @Description 公司分部员工实体类
* @Author LiuXing
* @Date 2020/05/20 22:12
*/
public class BranchEmployee {
private String id;
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
}
/**
* @Description 修改分部员工的类
* @Author LiuXing
* @Date 2020/05/20 22:12
*/
public class BranchManager {
//返回学院的所有员工
public List<BranchEmployee> getAllEmployee() {
List<BranchEmployee> list = new ArrayList<BranchEmployee>();
//这里我们增加了 10 个员工到 list
for (int i = 0; i < 10; i++) {
BranchEmployee emp = new BranchEmployee();
emp.setId("公司分部员工 id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
}
/**
* @Description 修改打印总部员工的类
* @Author LiuXing
* @Date 2020/05/20 22:12
*/
public class HeadquartersManager {
//返回公司总部的员工
public List<HeadquartersEmployee> getAllEmployee() {
List<HeadquartersEmployee> list = new ArrayList<>();
//增加5个员工到 list
for (int i = 0; i < 5; i++) {
HeadquartersEmployee emp = new HeadquartersEmployee();
emp.setId("公司总部员工 id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
//输出公司总部和分部员工信息(id)
public void printAllEmployee(BranchManager sub) {
//分析问题
//1. BranchEmployee 不是 HeadquartersManager 的直接朋友
//2. BranchEmployee 是以局部变量方式出现在 HeadquartersManager
//3. 违反了 迪米特法则
//获取到分部员工
List<BranchEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
System.out.println("------------公司分部员工------------");
for (BranchEmployee e : list1) {
System.out.println(e.getId());
}
//获取到公司总部员工
List<HeadquartersEmployee> list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("------------公司总部员工------------");
for (HeadquartersEmployee e : list2) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
/**
- @Description
- @Author LiuXing
- @Date 2020/05/20 22:51
*/
public class Demeter {
public static void main(String[] args) {
//创建HeadquartersManager 对象
HeadquartersManager headquartersManager = new HeadquartersManager();
// 输出分部的员工 id 和 公司总部的员工信息
headquartersManager.printAllEmployee(new BranchManager());
}
}
- 改进
- 1 前面设计的问题在于 HeadquartersManager 中，BranchEmployee 类并不是
HeadquartersManager 类的直接朋友 (分析) - 2 按照迪米特法则，应该避免类中出现这样非直接朋友关系的耦合
- 3 对代码按照迪米特法则 进行改进
/**
* @Description 公司总部员工实体类
* @Author LiuXing
* @Date 2020/05/20 22:12
*/
public class HeadquartersEmployee {
private String id;
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
}
/**
* @Description 公司分部员工实体类
* @Author LiuXing
* @Date 2020/05/20 22:12
*/
public class BranchEmployee {
private String id;
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
}
/**
* @Description 修改分部员工的类
* @Author LiuXing
* @Date 2020/05/20 22:12
*/
public class BranchManager {
//返回分部的所有员工
public List<BranchEmployee> getAllEmployee() {
List<BranchEmployee> list = new ArrayList<BranchEmployee>();
//这里我们增加了 10 个员工到 list
for (int i = 0; i < 10; i++) {
BranchEmployee emp = new BranchEmployee();
emp.setId("公司分部员工 id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
//输出分部员工的信息
public void printEmployee() {
//获取到分部员工
List<BranchEmployee> list1 = getAllEmployee();
System.out.println("------------公司分部员工------------");
for (BranchEmployee e : list1) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
/**
* @Description 修改打印总部员工的类
* @Author LiuXing
* @Date 2020/05/20 22:12
*/
public class HeadquartersManager {
//返回公司总部的员工
public List<HeadquartersEmployee> getAllEmployee() {
List<HeadquartersEmployee> list = new ArrayList<>();
//增加5个员工到 list
for (int i = 0; i < 5; i++) {
HeadquartersEmployee emp = new HeadquartersEmployee();
emp.setId("公司总部员工 id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
//输出公司总部和分部员工信息(id)
public void printAllEmployee(BranchManager sub) {
//1. 将输出分部的员工方法，封装到 BranchManager
sub.printEmployee();
//获取到公司总部员工
List<HeadquartersEmployee> list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("------------公司总部员工------------");
for (HeadquartersEmployee e : list2) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
/**
* @Description
* @Author LiuXing
* @Date 2020/05/20 22:51
*/
public class Demeter {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("~~~使用迪米特法则的改进~~~");
HeadquartersManager headquartersManager = new HeadquartersManager();
//输出分部的员工 id 和 公司总部的员工信息
headquartersManager.printAllEmployee(new BranchManager());
}
}
- 注意事项和细节
1 迪米特法则的核心是降低类之间的耦合
2 由于每个类都减少了不必要的依赖，因此迪米特法则只是要求降低类间(对象间)耦合关系， 并不是要求完全没有依赖关系
7 合成复用原则（Composite Reuse Principle）
- 基本介绍
原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承
- 设计原则核心思想
- 1 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。
- 2 针对接口编程，而不是针对实现编程。
- 3 为了交互对象之间的松耦合设计而努力
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