在软件工程中,设计模式是对软件设计中 普遍存在(反复出现) 的各种问题,所提出的解决方案。
使用设计模式,是为了让程序具有更好的:
设计模式的七大原则使设计模式为什么这样设计的依据。
设计模式常用的七大原则:
对类来说,即一个类应该只负责一项职责。如类A
负责两个不同的职责: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
和A2
。(即分解为两个类)
public class SingleResponsibility1 {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.run("摩托车");
vehicle.run("汽车");
vehicle.run("飞机");
}
}
// 交通工具类
// 方式1
// 1、在方式1 的run()中,违反了单一职责原则
// 2、根据交通运行方式的不同,分解成不同的类型
class Vehicle {
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle + " 在公路上运行...");
}
}
public class SingleResponsibility2 {
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");
}
}
// 方案二的分析
// 1、遵守单一职责原则
// 2、但是这样的改动很大,即将类分解,同时修改了客户端
// 3、改进:直接修改Vehicle 类,改动的代码会比较少 ==》方案三
class RoadVehicle{
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle +" 公路运行");
}
}
class AirVehicle{
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle +" 天空运行");
}
}
class WaterVehicle{
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle +" 水中运行");
}
}
public class SingleResponsibility3 {
public static void main(String[] args) {
Vehicle2 vehicle = new Vehicle2();
vehicle.runRoad("汽车");
vehicle.runAir("飞机");
vehicle.runWater("轮船");
}
}
// 方式3的分析
// 1、这种修改方法没有对原来的类做大的修改,只是增加方法
// 2、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,仍然时遵守单一职责
class Vehicle2 {
public void runRoad(String vehicle){
System.out.println(vehicle + " 在公路运行...");
}
public void runAir(String vehicle){
System.out.println(vehicle + " 在天空运行...");
}
public void runWater(String vehicle){
System.out.println(vehicle + " 在水中运行...");
}
}
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,才可以在方法级别保持单一职责原则。
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。
interface Interface1{
void operation1();
void operation2();
void operation3();
void operation4();
void operation5();
}
class B implements Interface1{
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");
}
}
class D implements Interface1{
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");
}
}
class A{ // 类A通过Interface1,依赖B的1、2、3方法
public void dependency1(Interface1 i){
i.operation1();
}
public void dependency2(Interface1 i){
i.operation2();
}
public void dependency3(Interface1 i){
i.operation3();
}
}
class C{ // 类C通过Interface1,依赖D的1、4、5方法
public void dependency1(Interface1 i){
i.operation1();
}
public void dependency4(Interface1 i){
i.operation4();
}
public void dependency5(Interface1 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
必须去实现它们不需要的方法。
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
分别与它们需要的接口建立依赖关系。
interface Interface1{
void operation1();
}
interface Interface2{
void operation2();
void operation3();
}
interface Interface3{
void operation4();
void operation5();
}
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");
}
}
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");
}
}
class A{ // 类A通过Interface1、Interface2,依赖B的1、2、3方法
public void dependency1(Interface1 i){
i.operation1();
}
public void dependency2(Interface2 i){
i.operation2();
}
public void dependency3(Interface2 i){
i.operation3();
}
}
class C{ // 类C通过Interface1、Interface3,依赖D的1、4、5方法
public void dependency1(Interface1 i){
i.operation1();
}
public void dependency4(Interface3 i){
i.operation4();
}
public void dependency5(Interface3 i){
i.operation5();
}
}
基本介绍:
2.抽象不应该依赖其细节,细节应该依赖抽象。
依赖倒转的中心思想是面向接口编程。
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,而不设计任何具体的操作,把展现细节的任务交给它们的实现类完成。
Person
类接受消息
public class DependencyInversion {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
}
}
class Email{
public String getInfo(){
return "电子邮件信息:hello,world";
}
}
// 完成Person接收消息的功能
// 方式1分析
// 1、简单,比较容易想到
// 2、如果我们获取的对象是微信,短信等,则新增类,同时Person也要增加新的接受方法
// 3、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、WeChat 等等属于接受的范围,他们各自实现IReceiver接口,这样就符合依赖倒转原则
class Person{
public void receive(Email email){
System.out.println(email.getInfo());
}
}
public class DependencyInversion {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
person.receive(new WeChat());
}
}
// 定义接口
interface IReceiver{
String getInfo();
}
class Email implements IReceiver{
public String getInfo(){
return "电子邮件信息:hello,world";
}
}
class WeChat implements IReceiver{
public String getInfo(){
return "微信信息:hello,world";
}
}
class Person{
public void receive(IReceiver receiver){
System.out.println(receiver.getInfo());
}
}
依赖关系传递的三种方式和应用案例
// 开关的接口
interface IOpenAndClose{
void open(ITV tv); // 抽象方法,接受接口
}
interface ITV{
void play();
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
public void open(ITV tv) {
tv.play();
}
}
interface IOpenAndClose{
void open(); // 抽象方法
}
interface ITV{
void play();
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
public ITV tv;
public OpenAndClose(ITV tv){
this.tv = tv;
}
public void open() {
tv.play();
}
}
setter
方式传递interface IOpenAndClose{
void open(); // 抽象方法
void setTv(ITV tv);
}
interface ITV{
void play();
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
public ITV tv;
public void open() {
tv.play();
}
public void setTv(ITV tv) {
this.tv = tv;
}
}
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
OO中的继承性的思考和说明
基本介绍
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
时类型T1
的子类型。即所有引用基类的地方必须能透明的使用其子类的对象。
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。
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));
System.out.println("11+3+9 = " + b.func2(11,3));
}
}
// A类
class A{
// 返回两个数的差
public int func1(int a,int b){
return a - b;
}
}
// B类继承了A
// 增加了新的功能:完成两个数相加,然后和9求和
class B extends A{
// 无意进行了重写
@Override
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b){
return func1(a, b) + 9;
}
}
解决方法
B
无意重写了父类的方法,造成原有功能出现错误。 在实际编程中,我们常常通过重写父类的玩法完成新的功能,这样写起来虽然简单,但整个继承体系的复用性会变差。特定是多态比较频繁的时候。
2. 通用的做法:令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。
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类不在继承A类,所以调用者,不会在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));
System.out.println("11+3+9 = " + b.func2(11,3));
// 使用组合仍然可以使用A类相关方法
System.out.println("11-3 = " + b.func3(11,3));
}
}
// 创建一个更加继承的基类
class Base{
}
// A类
class A extends Base{
// 返回两个数的差
public int func1(int a,int b){
return a - b;
}
}
// 增加了新的功能:完成两个数相加,然后和9求和
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();
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c
public int fun3(int a,int b){
return a.func1();
}
}
Open Closed Principle
)是编程中最基础、最重要的设计原则。public class Ocp {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
}
}
// 这是一个用于绘图的类
class GraphicEditor{
// 接受Shape对象,然后根据type,绘制不同的图形
public void drawShape(Shape s){
if(s.m_type == 1){
drawRectangle(s);
}else if(s.m_type==2){
drawCircle(s);
}
}
private void drawCircle(Shape s) {
System.out.println("绘制圆形");
}
private void drawRectangle(Shape s) {
System.out.println("绘制矩形");
}
}
// 基类
class Shape{
int m_type;
}
class Rectangle extends Shape{
Rectangle(){
super.m_type = 1;
}
}
class Circle extends Shape{
Circle(){
super.m_type = 2;
}
}
方式1
的优缺点
优点时比较好理解,简单易操作。
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)。
比如我们这时要新增加一个图形种类,我们需要做如下修改,修改的地方较多。
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());
}
}
// 这是一个用于绘图的类 [使用方]
class GraphicEditor{
// 接受Shape对象,然后根据type,绘制不同的图形
public void drawShape(Shape s){
if(s.m_type == 1){
drawRectangle(s);
}else if(s.m_type == 2){
drawCircle(s);
}else if(s.m_type == 3){
drawTriangle(s);
}
}
private void drawCircle(Shape s) {
System.out.println("绘制圆形");
}
private void drawRectangle(Shape s) {
System.out.println("绘制矩形");
}
private void drawTriangle(Shape s) {
System.out.println("绘制三角形");
}
}
// 基类
class Shape{
int m_type;
}
class Rectangle extends Shape{
Rectangle(){
super.m_type = 1;
}
}
class Circle extends Shape{
Circle(){
super.m_type = 2;
}
}
// 新增三角形
class Triangle extends Shape{
Triangle(){
super.m_type = 3;
}
}
改进:把创建的Shape类改为抽象类,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,只需要让新的图形继承Shape,并实现draw方法即可。使用方代码不需要改动,满足开闭原则。
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());
}
}
// 这是一个用于绘图的类 [使用方]
class GraphicEditor{
// 接受Shape对象,调用draw()方法a
public void drawShape(Shape s){
s.draw();
}
}
// 基类
abstract class Shape{
public abstract void draw(); // 抽象方法
}
class Rectangle extends Shape {
public void draw() {
System.out.println("绘制矩形");
}
}
class Circle extends Shape {
public void draw() {
System.out.println("绘制圆形");
}
}
// 新增三角形
class Triangle extends Shape {
public void draw() {
System.out.println("绘制三角形");
}
}
public
方法,不对外泄露任何信息。 有一个学校,下属有各个学院和总部,现要求打印出学校总部员工ID
和学院员工的id
。
// 客户端
public class Demeter1 {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个SchoolManager
SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
// 输出学院的员工id 和 学校总部的员工信息
schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
}
}
// 学校总部员工
class Employee{
private String id;
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
}
// 学院员工
class CollegeEmployee{
private String id;
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
}
// 管理学院员工的类
class CollegeManager{
// 返回学院的所有员工
public List<CollegeEmployee> getAllEmployee(){
List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();
for(int i=0;i<10;i++){
CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
emp.setId("学院员工id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
}
// 管理学校总部员工的类
class SchoolManager{
public List<Employee> getAllEmployee(){
List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
for(int i=0;i<5;i++){
Employee emp = new Employee();
emp.setId("学校总部员工id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
// 该方法完成输出学校总部和学院员工信息(id)
void printAllEmployee(CollegeManager sub){
// 获取到学院员工
List<CollegeEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
System.out.println("---------学院员工----------");
for(CollegeEmployee e : list1){
System.out.println(e.getId());
}
// 获取到学校总部员工
List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("---------学校总部员工----------");
for(Employee e : list2){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
// 管理学院员工的类
class CollegeManager{
// 返回学院的所有员工
public List<CollegeEmployee> getAllEmployee(){
List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();
for(int i=0;i<10;i++){
CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
emp.setId("学院员工id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
}
// 管理学校总部员工的类
// 分析 SchoolManager 类的直接朋友有 Employee、 CollegeManager
// CollegeEmployee 不是直接朋友
class SchoolManager{
public List<Employee> getAllEmployee(){
List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
for(int i=0;i<5;i++){
Employee emp = new Employee();
emp.setId("学校总部员工id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
// 该方法完成输出学校总部和学院员工信息(id)
void printAllEmployee(CollegeManager sub){
// 1、CollegeEmployee 不是SchoolManager的直接朋友
// 2、CollegeEmployee 是以局部变量方式出现在SchoolManager
// 3、违反了迪米特法则
// 获取到学院员工
List<CollegeEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
System.out.println("---------学院员工----------");
for(CollegeEmployee e : list1){
System.out.println(e.getId());
}
// 获取到学校总部员工
List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("---------学校总部员工----------");
for(Employee e : list2){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
改进: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。
// 管理学院员工的类
class CollegeManager{
// 返回学院的所有员工
public List<CollegeEmployee> getAllEmployee(){
List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();
for(int i=0;i<10;i++){
CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
emp.setId("学院员工id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
// 输出学院员工信息
public void printAllCollegeEmployee(){
List<CollegeEmployee> list1 = this.getAllEmployee();
System.out.println("---------学院员工----------");
for(CollegeEmployee e : list1){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
// 管理学校总部员工的类
// 分析 SchoolManager 类的直接朋友有 Employee、 CollegeManager
// CollegeEmployee 不是直接朋友
class SchoolManager{
public List<Employee> getAllEmployee(){
List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
for(int i=0;i<5;i++){
Employee emp = new Employee();
emp.setId("学校总部员工id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
// 该方法完成输出学校总部和学院员工信息(id)
void printAllEmployee(CollegeManager sub){
// 1、将输出学院的员工方法,封装到CollegeManager
sub.printAllCollegeEmployee();
// 获取到学校总部员工
List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("---------学校总部员工----------");
for(Employee e : list2){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
迪米特法则注意事项和细节
迪米特法则的核心是降低类之间的耦合
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
它要求在软件复用时,要尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现,其次才考虑使用继承关系来实现。
如果要使用继承关系,则必须严格遵循里氏替换原则。合成复用原则同里氏替换原则相辅相成的,两者都是开闭原则的具体实现规范。
类似于我们在里氏替换原则中的示例代码。
单例模式
工厂模式
建造者模式
原型模式
结构型模式可以分为类结构型模式和对象结构型模式
类结构型模式关心类的组合,由多个类可以组合成一个更大的系统,在类结构型模式中一般只存在继承关系和实现关系。
对象结构型模式关心类与对象的组合,通过关联关系使得在一个类中定义另一个类的实例对象,然后通过该对象调用其方法。根据“合成复用原则”,在系统中尽量使用关联关系来替代继承关系,因此大部分结构型模式都是对象结构型模式。
适配器模式
代理模式