Java设计模式
Java设计模式入门
先看几个经典的面试题
原型设计模式问题
- 请使用UML类图画出原型模式核心角色。
- 原型设计模式的深拷贝和浅拷贝是什么，并写出深拷贝的两种方式的源码【重写clone方法实现深拷贝、使用序列化来实现深拷贝】。
- 在Spring框架中哪里使用到原型模式，并对源码进行分析。
- 在配置bean时，可以通过指定 scope 属性的值为 prototype，来创建原型bean。
设计模式的七大原则
- 要求：① 七大设计原则核心思想；② 能够以类图说明设计原则；③ 在项目实际开发中，你在哪里使用到了ocp原则。
- 设计模式常用的七大原则：单一职责原则、接口隔离原则、依赖倒转原则、里氏替换原则、开闭原则 ocp、迪米特法则、合成复用原则。
金融借贷平台项目
- 借贷平台的订单，有审核-发布-抢单 等等 步骤，随着操作的不同，会改变订单的状态, 项目中的这个模块实现就会使用到状态模式，请你使用状态模式进行设计，并完成实际代码。
- 问题分析：这类代码难以应对变化，在添加一种状态时，我们需要手动添加if/else，在添加一种功能时， 要对所有的状态进行判断。因此代码会变得越来越臃肿，并且一旦没有处理某个状态，便会发生极其严重的BUG，难以维护。
解释器设计模式
- 介绍解释器设计模式是什么?
- 画出解释器设计模式的UML类图，分析设计模式中的各个角色是什么？
- 请说明Spring的框架中，哪里使用到了解释器设计模式，并做源码级别的分析。
- Spring 框架中的 SpelExpressionParser 就使用到了解释器模式。
单例设计模式
- 单例设计模式一共有几种实现方式?请分别用代码实现，并说明各个实现方式的优点和缺点?
- 单例设计模式一共有8种写法：饿汉式两种、懒汉式三种、双重检查、静态内部类、枚举。
设计模式的重要性
- 软件工程中，设计模式(design pattern)是对软件设计中普遍存在(反复出现)的各种问题，所提出的解决方案。这个术语是由埃里希·伽玛(Erich Gamma)等人在1990年代从建筑设计领域引入到计算机科学的。
- 大厦 VS 简易房：
- 拿实际工作经历来说，当一个项目开发完后，如果客户提出增新功能，怎么办?
- 如果项目开发完后，原来程序员离职，你接手维护该项目怎么办? (维护性[可读性、规范性])。
- 目前程序员门槛越来越高，一线IT公司(大厂)，都会问你在实际项目中使用过什么设计模式，怎样使用的，解决了什么问题。
- 设计模式在软件中哪里？面向对象(oo)=>功能模块[设计模式+算法(数据结构)]=>框架[使用到多种设计模式]=>架构 [服务器集群]
- 如果想成为合格软件工程师，那就花时间来研究下设计模式是非常必要的。
设计模式七大原则
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)，具有更好的：
- 代码重用性：相同功能的代码，不用多次编写
- 可读性：编程规范性，便于其他程序员的阅读和理解
- 可扩展性：当需要增加新的功能时，非常的方便，称为可维护
- 可靠性：当我们增加新的功能后，对原来的功能没有影响
- 使程序呈现高内聚，低耦合的特性
设计模式七大原则
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
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
/**
* 单一职责原则
*/
public class SingleResponsibilityCase {
/**
* 方式一：违反了单一职责原则
* 解决方案：根据交通工具的不同，分解成不同的类
*/
static class VehicleUtil {
static void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在公路上跑...");
}
}
/**
* 方式二：遵循单一职责原则，即将类分解，同时修改客户端
*/
static class RoadVehicleUtil {
static void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在公路上跑...");
}
}
static class AirVehicleUtil {
static void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在天空中飞行...");
}
}
/**
* 方式三：没有对原有的类做大的修改，在类上没有遵循单一职责原则，但是在方法上遵循单一职责原则
*/
static class VehicleUtil2 {
static void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在公路上跑...");
}
static void runAir(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在天空中飞行...");
}
static void runWater(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在水中运行...");
}
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("方式一：");
VehicleUtil.run("汽车");
VehicleUtil.run("摩托车");
VehicleUtil.run("飞机");
System.out.println("方式二：");
RoadVehicleUtil.run("汽车");
RoadVehicleUtil.run("摩托车");
AirVehicleUtil.run("飞机");
System.out.println("方式三：");
VehicleUtil2.run("汽车");
VehicleUtil2.runWater("轮船");
VehicleUtil2.runAir("飞机");
}
}
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。
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，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上，看下图：
- 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， 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
- 使用接口隔离原则改进：
- 代码实现：
public class InterfaceSegregationCase {
interface Interface1 {
void operation1();
}
interface Interface2 {
void operation2();
void operation3();
}
interface Interface3 {
void operation4();
void operation5();
}
static class B implements Interface1, 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");
}
}
static class D implements Interface1, 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");
}
}
static class A {
void depend1(Interface1 i) {
i.operation1();
}
void depend2(Interface2 i) {
i.operation2();
}
void depend3(Interface2 i) {
i.operation3();
}
}
static class C {
void depend1(Interface1 i) {
i.operation1();
}
void depend4(Interface3 i) {
i.operation4();
}
void depend5(Interface3 i) {
i.operation5();
}
}
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
// A 类通过接口去依赖 B 类
a.depend1(new B());
a.depend2(new B());
a.depend3(new B());
C c = new C();
// C 类通过接口去依赖 D 类
c.depend1(new D());
c.depend4(new D());
c.depend5(new D());
}
}
依赖倒转原则
基本介绍
- 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，细节应该依赖抽象。
- 依赖倒转(倒置)的中心思想是面向接口编程。
- 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。
- 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
public class DependenceInversionCase {
//region -- 方式一
// /**
// * 方式一
// * 优点：简单
// * 缺点：如果我们通过 微信、短信 等获取，则需要新增类，同时Person类也需要增加相应的接收方法
// */
// static class Email {
// String getInfo() {
// return "电子邮件信息：Hello World";
// }
// }
// static class Person {
// void receive(Email email) {
// System.out.println(email.getInfo());
// }
// }
//endregion
//region
/**
* 方式二
* 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 接口就可以了，这样我们就符号依赖倒转原则
*/
interface IReceiver {
String getInfo();
}
static class Email implements IReceiver {
public String getInfo() {
return "电子邮件信息：Hello World";
}
}
static class WeChat implements IReceiver {
public String getInfo() {
return "微信信息：来红包啦！";
}
}
static class Person {
// 这里是对接口的依赖
void receive(IReceiver receiver) {
System.out.println(receiver.getInfo());
}
}
//endregion
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
person.receive(new WeChat());
}
}
依赖关系传递的三种方式
- 接口传递
- 构造方法传递
- setter方式传递
public class DependencyPass {
public static void main(String[] args) {
// // 通过接口传递实现依赖
// OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
// openAndClose.open(new ChangHong());
// // 通过构造器进行依赖传递
// OpenAndClose2 openAndClose = new OpenAndClose2(new ChangHong());
// openAndClose.open();
// 通过 setter 方法进行依赖传递
OpenAndClose3 openAndClose = new OpenAndClose3();
openAndClose.setTv(new ChangHong());
openAndClose.open();
}
}
/**
* 电视接口
*/
interface ITV {
void play();
}
/**
* 开关接口
*/
interface IOpenAndClose {
void open(ITV tv);
}
/**
* 方式 1: 通过接口传递实现依赖
*/
class ChangHong implements ITV {
public void play() {
System.out.println("长虹电视机，打开");
}
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
public void open(ITV tv) {
tv.play();
}
}
/**
* 方式 2: 通过构造方法依赖传递
*/
interface IOpenAndClose2 {
void open();
}
class OpenAndClose2 implements IOpenAndClose2 {
private ITV tv;
public OpenAndClose2(ITV tv) {
this.tv = tv;
}
public void open() {
this.tv.play();
}
}
/**
* 方式 3: 通过 setter 方法传递
*/
interface IOpenAndClose3 {
void open();
void setTv(ITV tv);
}
class OpenAndClose3 implements IOpenAndClose3 {
private ITV tv;
public void open() {
this.tv.play();
}
public void setTv(ITV tv) {
this.tv = tv;
}
}
依赖倒转原则的注意事项和细节
- 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。
- 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。
- 继承时遵循里氏替换原则
里氏替换原则
OO中的继承性的思考和说明
- 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。
- 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。
- 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
- 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)在1988年，由麻省理工学院的以为姓里的女士提出的。
- 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。
- 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。
- 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。
一个程序引出的问题和思考
public class LiskovSubstitutionCase {
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));
System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));
System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
}
}
class A {
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