设计模式的七大原则
文章目录
- 使用设计模式的目的
- 设计模式要哪些原则？
- 单一职责原则
- 基本介绍
- 单一职责原则需要注意的事项和细节
- 举例
- 接口隔离原则
- 基本介绍
- 依赖倒置原则
- 基本介绍
- 依赖倒置原则的主意事项和细节
- 举例
- 里氏替换原则
- 基本介绍
- 解决方法
- 举例
- 开闭原则
- 基本介绍
- 优点
- 举例
- 迪米特法则
- 基本介绍
- 迪米特法则注意事项和细节
- 举例
- 合成复用原则
- 基本介绍
- 设计原则核心思想
使用设计模式的目的
在编写软件过程中，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（说明：相同功能的代码，不用多次编写）
- 可读性（说明：编程的规范性，便于其他程序员的阅读和理解）
- 可扩展性（说明：当需要增加新的功能时，非常的方便，称为可维护）
- 可靠性 （说明：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
设计模式包含了面向对象的精髓，“懂得了设计模式，你就懂得了面向对象分析和设计（OOA/D）的精要”
设计模式要哪些原则？
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）
设计模式常用的七大原则有：
- 单一职责原则
- 接口隔离原则
- 依赖倒置原则
- 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，即一个类应该只负责一项职责，如 A 类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 A 类 的细粒度分解为 A1 和 A2
单一职责原则需要注意的事项和细节
- 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
举例
package com.java.springtest.desginpattern;
/**
* 单一职责原则
*/
public class SinglePattern {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.runRoad("摩托车");
vehicle.runAir("飞机");
vehicle.runWater("轮船");
}
}
// 交通工具类
class Vehicle {
public void runRoad(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在公路上运行");
}
public void runAir(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在空中飞行");
}
public void runWater(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在水中运行");
}
}
输出：
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
从图中分析：
- 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来说不是最小的接口，那么类B 和 类 D 必须去实现他们不需要的方法
- 按隔离原则应该是这样的：将接口 Interface1 拆分为几个独立的接口，类 A 和 类 C 分别于他们需要的接口建立依赖关系。也就是采用接口隔离原则
package com.java.springtest.desginpattern;
/**
* 接口隔离原则
*/
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.depend4(new D());
c.depend5(new D()); // A 类通过接口去依赖 B类
}
}
/**
* 定义一个 Interface1 接口，并定义以下方法
*/
interface Interface1 {
void operation1();
}
/**
* 定义一个 Interface2 接口，并定义以下方法
*/
interface Interface2 {
void operation2();
void operation3();
}
/**
* 定义一个 Interface3 接口，并定义以下方法
*/
interface Interface3 {
void operation4();
void operation5();
}
/**
* 实现 Interface1 中的所有方法
*/
class B implements Interface1,Interface2 {
@Override
public void operation1() {
System.out.println("B 中实现了 Opera1");
}
@Override
public void operation2() {
System.out.println("B 中实现了 Opera2");
}
@Override
public void operation3() {
System.out.println("B 中实现了 Opera3");
}
}
/**
* 实现 Interface1 中的所有方法
*/
class D implements Interface1,Interface3 {
@Override
public void operation1() {
System.out.println("D 中实现了 Opera1");
}
@Override
public void operation4() {
System.out.println("D 中实现了 Opera4");
}
@Override
public void operation5() {
System.out.println("D 中实现了 Opera5");
}
}
/**
* A 类通过接口 Interface1,2 依赖（使用）B类，但是只会使用到接口中的 1,2,3 方法
*/
class A {
public void depend1(Interface1 interface1) {
interface1.operation1();
}
public void depend2(Interface2 interface1) {
interface1.operation2();
}
public void depend3(Interface2 interface1) {
interface1.operation3();
}
}
/**
* A 类通过接口 Interface1 依赖（使用）D类，但是只会使用到接口中的 1,4,5 方法
*/
class C {
public void depend1(Interface1 interface1) {
interface1.operation1();
}
public void depend4(Interface3 interface1) {
interface1.operation4();
}
public void depend5(Interface3 interface1) {
interface1.operation5();
}
}
依赖倒置原则
基本介绍
依赖倒置原则是指：
- 高层模块不应该依赖低层模块，二者应该依赖其抽象
- 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
- 依赖倒置的中心思想是面向接口编程
- 依赖倒置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就是制定好规范，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
依赖倒置原则的主意事项和细节
- 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，便利于程序扩展和优化
- 继承时应该遵循里氏替换原则（下面会讲到）
举例
package com.java.springtest.desginpattern;
public class DependencyInversion {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
person.receive(new WeChat());
}
}
/**
* 定义一个接口
*/
interface IReceiver {
String getInfo();
}
class Email implements IReceiver {
public String getInfo() {
return "电子邮件信息：Hello Email";
}
}
class WeChat implements IReceiver {
@Override
public String getInfo() {
return "微信消息：Hello WeChat";
}
}
/**
* 完成 Person 接收消息的功能
*/
class Person {
// 这里是对解接口的依赖
public void receive(IReceiver iReceiver) {
System.out.println(iReceiver.getInfo());;
}
}
输出：
里氏替换原则
OO 中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的便利的同时，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的时候，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
基本介绍
- 里氏替换原则在 1988 年，由麻省理工学院的以为姓里氏的女士提出的
- 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 P 在所有的对象 o1 都替换成 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。换句话说所有的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，继承实际上是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
解决方法
- 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
举例
package com.java.springtest.desginpattern;
public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
A1 a1 = new A1();
System.out.println("11-3=" + a1.func1(11,3));
System.out.println("1-8=" + a1.func1(1,8));
System.out.println("---------------------------");
B1 b1 = new B1();
// 因为 B1 类不再继承 A1 类，因此调用者不会再认为func1是求减法了
System.out.println("11+3=" + b1.func1(11,3));
System.out.println("1+8=" + b1.func1(1,8));
System.out.println("11+3+9=" + b1.func2(11,3));
// 使用组合任然可以使用到 A1 的相关方法
System.out.println("11-3=" + b1.func3(11,3));
}
}
// 创建一个更加基础的基类
class Base {
// 把更加基础的方法和成员写到 Base 类
}
// A1 类
class A1 extends Base{
public int func1(int num1, int num2) {
return num1 - num2;
}
}
// B 类
// 增加了一个新的功能：完成两个数的相加，然后求和
class B1 extends Base {
private A1 a = new A1();
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b) {
return func1(a,b) + 9;
}
public int func3(int a, int b) {
return this.a.func1(a,b);
}
}
开闭原则
基本介绍
- 开闭原则是编程汇中最基础。最重要的设计原则
- 一个软件实体，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
- 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
- 编程中遵循其它原则，以及使用设计模式的目的就是遵循 开闭原则
优点
- 优点是比较好的理解，简单易操作
- 缺点是违反了设计模式的 OPC 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的功能的时候，尽量不要修改代码，或者尽可能少修改代码
- 比如我们这时要新增一个图形种类，我们需要做修改的地方较多
举例
package com.java.springtest.desginpattern;
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());
}
}
// Shape 是一个基类
abstract class Shape {
int m_type;
public abstract void draw(); // 抽象方法
}
// 新增矩形类
class Rectangle extends Shape {
Rectangle() {
super.m_type = 1;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制矩形");
}
}
// 新增圆形类
class Circle extends Shape {
Circle() {
super.m_type = 2;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制圆形");
}
}
// 新增三角形类
class Triangle extends Shape {
Triangle() {
super.m_type = 3;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制三角形");
}
}
class OtherGraphic extends Shape {
OtherGraphic() {
super.m_type = 4;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制其他图形");
}
}
// 这是一个用于绘图的类【使用方】
class GraphicEditor {
// 接收Shape对象，然后根据type来绘制不同的矩形
public void drawShape(Shape shape) {
shape.draw();
}
}
迪米特法则
基本介绍
- 一个对象应该对其他对象保持最少的了解
- 类与类关系关系越密切，耦合度越大
- 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。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，不对外泄露任何消息
- 迪米特法则还有个更简单的定义：只与直接的朋友通信
- 直接的朋友：每个对象都会与其他的对象有耦合关系，只要两个对象之间有耦合关系，我们就可以说这两个对象之间的朋友关系。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
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
- 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之间的（对象间）耦合关系，并不是要求完全没有依赖关系
举例
package com.java.springtest.desginpattern;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
// 客户端
public class Demeter {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个学校管理类
SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
// 调用打印方法
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;
}
}
// 学院的员工
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<>();
// 这里增加了 10 个员工到 list 集合中
for (int i = 0; i < 10; i++) {
CollegeEmployee collegeEmployee = new CollegeEmployee();
collegeEmployee.setId("学院员工 id = " + i);
list.add(collegeEmployee);
}
return list;
}
// 输出员工信息
public void printEmployee() {
// 获取到学院员工
List<CollegeEmployee> allEmployee = getAllEmployee();
System.out.println("---------------分公司员工----------------");
for (CollegeEmployee collegeEmployee : allEmployee) {
System.out.println(collegeEmployee.getId());
}
}
}
class SchoolManager {
// 返回学校总部的员工
public List<Employee> getAllEmployee() {
List<Employee> list = new ArrayList<>();
// 这里增加 5 个员工到 list 集合中
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Employee employee = new Employee();
employee.setId("学校总部员工 id = " + i);
list.add(employee);
}
return list;
}
// 该方法完成输出学校总部和学院员工的信息
void printAllEmployee(CollegeManager collegeManager) {
collegeManager.printEmployee();
// 获取到学校总部员工
List<Employee> allEmployee1 = this.getAllEmployee();
System.out.println("----------------学校总部员工--------------");
for (Employee employee : allEmployee1) {
System.out.println(employee.getId());
}
}
}
输出：
合成复用原则
基本介绍
合成复用原则的意思是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承
设计原则核心思想
- 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