七大设计原则

最新推荐文章于 2025-01-03 20:50:57 发布
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分类专栏： 学习笔记 文章标签： java
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设计模式的目的

编写软件过程中，程序员面临着来自耦合性，内聚性以及可维护性，可扩展性，重用性，灵活性等多方面的挑战，设计模式是为了让程序(软件)，具有更好:

1)代码重用性([即:相同功能的代码,不用多次编写)
2)可读性(即:编程规范性,便于其他程序员的阅读和理解)
3)可扩展性(即:当需要增加新的功能时，非常的方便)
4)可靠性(即百当我们增加新的功能后，对原来的功能没有影响)5使程序呈现高内聚,低耦合的特性)

七大设计原则

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

案例分析

案例1: 违反单一职责原则

public class Test1 {
  public static void main(String[] args) {
    Vehicle vehicle = new Vehicle();
    vehicle.run("汽车");
    vehicle.run("轮船");
    vehicle.run("飞机");
  }
}

/**
 * 运行结果:
 * <p>
 *   汽车公路上运行
 *  轮船公路上运行
 *  飞机公路上运行
 * </p>
 * 分析:
 *    1.违反单一职责原则 轮船 飞机是不可在公路运行的
 *    2.解决方案 可以将不通的交通工具 分成不同的类
 */
class Vehicle {
  public void run(String vehicle){
    System.out.println(vehicle + "公路上运行");
  }
}

案例2:分解多个类,遵守单一职责原则

public class Test2 {
  public static void main(String[] args) {
    RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
    roadVehicle.run("汽车");
    AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
    airVehicle.run("飞机");
  }
}

/**
 * 运行结果:
 * <p>
 *   汽车公路上运行
 *  飞机天空上运行
 * </p>
 * 分析:
 *  1.遵守单一职责原则
 *  2.代码体积庞大 开销大 维护困难
 */
class RoadVehicle {
  public void run(String vehicle) {
    System.out.println(vehicle + "公路上运行");
  }
}
class AirVehicle {
  public void run(String vehicle) {
    System.out.println(vehicle + "天空上运行");
  }
}

案例3:在方法层面上遵守单一职责

public class Test3 {
  public static void main(String[] args) {
    Vehicle vehicle = new Vehicle();
    vehicle.runRoad("汽车");
    vehicle.runAir("飞机");
  }
}

/**
 * 运行结果:
 *   <p>
 *     汽车公路上运行
 *     飞机天空上运行
 *   </p>
 * 分析:
 * 1.这种方式没有增加类,只是增加了方法
 * 2.这里虽然没有在类这个级别上遵守单一职责，但是在方法级别上，仍然是遵守单一职责
 */
class Vehicle {

  public void runRoad(String vehicle){
    System.out.println(vehicle + "公路上运行");
  }

  public void runAir(String vehicle){
    System.out.println(vehicle + "天空上运行");
  }
}

单一职责原则注意事项和细节
1)降低类的复杂度,一个类只负责一项职责。
2)提高类的可读性,可维护性
3)降低变更引起的风险
4)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

接口隔离原则

基本介绍:
客户端不应该依赖它不需要的接口,即一个类对另外一个类的依赖,应该建立在最小的接口上

案例分析

// 接口
interface interface01 {
  void operation01();
  void operation02();
  void operation03();
  void operation04();
}

class Test2 implements interface01 {

  public void operation01() {
    System.out.println("Test2实现了operation01");
  }

  public void operation02() {
    System.out.println("Test2实现了operation02");
  }

  public void operation03() {
    System.out.println("Test2实现了operation03");
  }

  public void operation04() {
    System.out.println("Test2实现了operation04");
  }
}

class Test3 implements interface01 {

  public void operation01() {
    System.out.println("Test3实现了operation01");
  }

  public void operation02() {
    System.out.println("Test3实现了operation02");
  }

  public void operation03() {
    System.out.println("Test3实现了operation03");
  }

  public void operation04() {
    System.out.println("Test3实现了operation04");
  }
}

问题:

  • 此时如果Test2 只需要接口里面的1和2 方法
  • Test3 只需要接口里面的3和4方法
  • 但他们都需要去实现不需要使用到的方法 此时就违反了接口隔离原则

解决:

  • 应该将方法分成两个接口interface01和interface02
  • 让Test2和Test3各种去实现自己需要使用的方法
// 接口 interface01
interface interface01 {
  void operation01();
  void operation02();
}
// 接口 interface02
interface interface02 {
  void operation03();
  void operation04();
}

// 各自实现
class Test2 implements interface01 {
  
  public void operation01() {
    System.out.println("Test2实现了operation01");
  }

  public void operation02() {
    System.out.println("Test2实现了operation02");
  }
  
}

class Test3 implements interface02 {
  
  public void operation03() {
    System.out.println("Test3实现了operation03");
  }

  public void operation04() {
    System.out.println("Test3实现了operation04");
  }
}

依赖倒转原则

基本介绍:

  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,抽象指的是接口或者抽象类,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

案例分析

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    Person person = new Person();
    person.receive(new Email());
  }
}

// 用于接收消息
class Person {
  public void receive(Email email) {
    System.out.println(email.getInfo());
  }
}

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

问题:

  1. 简单,比较容易实现
  2. 如果我们获取的对象是微信,短信等等,则需要新增类,同时Person也需要增加相应的接收方法

解决:

  1. 解决思路,引入接口或抽象类的概念
  2. Person类与接口发送依赖
  3. 此时Eamil WeiXin属于接收的范围,它们各自实现接口即可,符合依赖倒置的原则
public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    Person person = new Person();
    person.receive(new Email());
    person.receive(new WeiXin());
  }
}
// 定义一个接口
interface Ireceive {
  String getInfo();
}
class Email implements Ireceive {
  public String getInfo() {
    return "电子邮件信息是: hello world";
  }
}
class WeiXin implements Ireceive {
  public String getInfo() {
    return "微信信息是: hello world";
  }
}
// 用于接收消息 与接口发送依赖关系
class Person {
  public void receive(Ireceive ireceive) {
    System.out.println(ireceive.getInfo());
  }
}

依赖倒置原则的注意事项和细节:

  1. 低层模块尽量都要有抽象类和接口,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. 继承是遵循里氏替换原则

里氏替换原则

基本介绍：
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)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。.

案例分析

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    B b = new B();
    // 本意是想调用父类 差集方法 实则 此方法被子类重写了
    System.out.println("11 -3 =" + b.function1(11, 3));
  }
}

class A {
  // 返回两个数的差
  public int function1(int num1, int num2) {
    return num1 - num2;
  }
}

class B extends A {

  // 重写了 父类方法 返回两个数的和
  @Override
  public int function1(int num1, int num2) {
    return num1 + num2;
  }

  public int function2(int num1, int num2) {
    return num1 * num2;
  }
}

解决办法:
我们发现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.

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)一个软件实体如类，模块和函数应该对扩展开放。对修改关闭。用抽象构建枢架,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。

案例分析

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    Editor editor = new Editor();
    editor.drawShape(new Rectangle());
    editor.drawShape(new Circle());
  }
}

// 使用方
class Editor {
  // 根据类型 选择执行的方法
  public void drawShape(Shape shape){
    if (shape.type == 1){
      drawRectangle();
    }else if (shape.type == 2){
      drawCircle();
    }
  }
  
  public void drawRectangle() {
    System.out.println("矩形");
  }
  
  public void drawCircle() {
    System.out.println("图形");
  }
}

// 提供方
class Shape {
  int type;
}

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

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

问题:
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）
3）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

解决:
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

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    Editor editor = new Editor();
    editor.drawShape(new Rectangle());
    editor.drawShape(new Circle());
  }
}

class Editor {
  // 根据类型 选择执行的方法
  public void drawShape(Shape shape){
    shape.draw();
  }
}

abstract class Shape {
  int type;
  abstract void draw();
}

class Rectangle extends Shape {
  Rectangle() {
    super.type = 1;
  }
  @Override
  void draw() {
    System.out.println("矩形");
  }
}

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

  @Override
  void draw() {
    System.out.println("图形");
  }
}

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。

案例分析

// 学生类
class Student {
  private int id;
  public int getId() {
    return id;
  }
  public void setId(int id) {
    this.id = id;
  }
}
// 老师类
class Teacher {
  private int id;
  public int getId() {
    return id;
  }
  public void setId(int id) {
    this.id = id;
  }
}
// 学生管理系统
class StudentSystem {
  // 查询所有学生
  public List<Student> selectList(){
    List<Student> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 10; i++){
      Student student = new Student();
      student.setId(i);
      list.add(student);
    }
    return list;
  }
}

// 老师管理系统
class TeacherSystem {
  // 查询所有老师
  public List<Teacher> selectList(){
    List<Teacher> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 10; i++){
      Teacher teacher = new Teacher();
      teacher.setId(i);
      list.add(teacher);
    }
    return list;
  }

  /**
   * 问题：
   *  Student 属于TeacherSystem 的陌生朋友 
   *  违反迪米特法则
   */
  // 打印所有老师 学生 日志
  public void log(StudentSystem studentSystem){
    // 获取所有学生
    List<Student> students = studentSystem.selectList();
    for (Student student : students) {
      System.out.println(student.getId());
    }
    // 获取所有老师
    List<Teacher> teachers = this.selectList();
    for (Teacher teacher : teachers) {
      System.out.println(teacher.getId());
    }
  }

}

改进:
1.学生类的日志输出 应该属于学生管理系统 而不应该写在老师管理系统中 违反了迪米特法则
2.依赖的类不管多么复杂，都尽量将逻辑封装在类的内部

// 学生管理系统
class StudentSystem {
  // 查询所有学生
  public List<Student> selectList() {
    List<Student> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 10; i++){
      Student student = new Student();
      student.setId(i);
      list.add(student);
    }
    return list;
  }
  // 打印所有学生日志
  public void log() {
    // 获取所有学生
    List<Student> students = this.selectList();
    for (Student student : students) {
      System.out.println(student.getId());
    }
  }
}

// 老师管理系统
class TeacherSystem {
  // 查询所有老师
  public List<Teacher> selectList() {
    List<Teacher> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 10; i++){
      Teacher teacher = new Teacher();
      teacher.setId(i);
      list.add(teacher);
    }
    return list;
  }
  // 打印所有老师  日志
  public void log() {
    // 获取所有老师
    List<Teacher> teachers = this.selectList();
    for (Teacher teacher : teachers) {
      System.out.println(teacher.getId());
    }
  }
}

迪米特法则的注意事项和细节:
1)迪米特法则的核心是降低类之间的耦合
2)但是注意: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

合成复用原则

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

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