设计模式7大原则
一.单一职责原则（SingleResponsibility）
1.介绍
这是对类来说的，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需求变更而改变类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.。也就是说分成两部分。
2.具体案例介绍
①没有遵守单一职责原则
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.run("汽车");
vehicle.run("轮船");
vehicle.run("飞机");
}
}
class Vehicle{
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle + "在公路上跑");
}
}
分析：可以看到，这里有一个“交通工具”类，它只有一个方法，但是负责多种交通工具的运行，也就是负责多种职责，违反了单一职责原则。运行结果当然也是不合理的
汽车在公路上跑
轮船在公路上跑
飞机在公路上跑
②遵守单一职责原则，但是花销大，成本大
public class Main {
public static void main(String[] args) {
LoadVehicle lv = new LoadVehicle();
lv.run("汽车");
AirVehicle av = new AirVehicle();
av.fly("飞机");
}
}
class LoadVehicle{
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle + "在公路上跑");
}
}
class AirVehicle{
public void fly(String vehicle){
System.out.println(vehicle + "在天空飞行");
}
}
这里直接分成多个类。虽然可以说完全遵守了单一职责原则，但是花销很大，改动的成本也很大，后端不但要更改多个类，客户端也要大改。
③方法级别遵守单一职责原则
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.loadRun("汽车");
vehicle.airFly("飞机");
vehicle.waterRun("轮船");
}
}
class Vehicle{
public void loadRun(String vehicle){
System.out.println(vehicle + "在公路上跑");
}
public void airFly(String vehicle){
System.out.println(vehicle + "在天空飞行");
}
public void waterRun(String vehicle){
System.out.println(vehicle + "在水上运行");
}
}
这里没有对原来的类做大的修改，只是增加方法，而且虽然没有在类的级别上遵守单一职责原则，但是在方法级别上，仍然遵守单一职责原则。
汽车在公路上跑
飞机在天空飞行
轮船在水上运行
3.注意事项和细节
①核心是降低类的复杂度，使一个类只负责一项职责。
②要提高类的可读性，可维护性。
③要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时，才可以在方法级别保持单一职责原则。
二.接口隔离原则(Interface Segregation Principle)
1.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。
2.具体实例
类A通过接口Interface1依赖类B，但A中只会使用到接口的123方法。类C通过接口Interface1依赖类B，但是类C只会使用到接口的145方法。
不遵守接口隔离原则的实例的UML图
不遵守接口隔离原则的代码
//建立一个接口
interface Interface1{
void option1();
void option2();
void option3();
void option4();
void option5();
}
class B implements Interface1{
@Override
public void option1() {
}
@Override
public void option2() {
}
@Override
public void option3() {
}
@Override
public void option4() {
}
@Override
public void option5() {
}
}
class D implements Interface1{
@Override
public void option1() {
}
@Override
public void option2() {
}
@Override
public void option3() {
}
@Override
public void option4() {
}
@Override
public void option5() {
}
}
class A{
void dependence1(Interface1 interface1){
interface1.option1();
}
void dependence2(Interface1 interface1){
interface1.option2();
}
void dependence3(Interface1 interface1){
interface1.option3();
}
}
class C{
void dependence1(Interface1 interface1){
interface1.option1();
}
void dependence2(Interface1 interface1){
interface1.option4();
}
void dependence3(Interface1 interface1){
interface1.option5();
}
}
存在的问题
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
改进
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。
具体为将Interface1中出现的方法，根据实际情况拆分为三个接口
改进后的UML图
改进后的代码
public class Main {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
a.dependence1(new B());//A类通过接口去依赖B类
}
}
//建立一个接口
interface Interface1{
void option1();
}
interface Interface2{
void option2();
void option3();
}
interface Interface3{
void option4();
void option5();
}
class B implements Interface1,Interface2{
@Override
public void option1() {
}
@Override
public void option2() {
}
@Override
public void option3() {
}
}
class D implements Interface1,Interface3{
@Override
public void option1() {
}
@Override
public void option4() {
}
@Override
public void option5() {
}
}
class A{
void dependence1(Interface1 interface1){
interface1.option1();
}
void dependence2(Interface2 interface1){
interface1.option2();
}
void dependence3(Interface2 interface1){
interface1.option3();
}
}
class C{
void dependence1(Interface1 interface1){
interface1.option1();
}
void dependence2(Interface3 interface1){
interface1.option4();
}
void dependence3(Interface3 interface1){
interface1.option5();
}
}
三.依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）
1.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依赖倒转的中心思想是面向接口编程
④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他们的实现类去完成
依赖倒转原则的设计理念
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
2.具体实例
不遵守依赖倒转原则的具体实例（完成Person接收消息的功能）
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
}
}
class Email{
String getInfo(){
return "邮件的信息为：xxx";
}
}
class Person{
void receive(Email email){
System.out.println(email.getInfo());
}
}
分析
优点
简单，比较容易实现
缺点
如果我们获取的对象是微信、短信等等，则还需要新增类，同时Person类也要增加相应的接收方法
解决方法
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，微信等都属于接收的范围，他们都实现IReceiver接口就可以。同时这也符合依赖倒转原则
改进后的代码
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
person.receive(new Weixin());
}
}
interface IRecerver{
String getInfo();
}
class Email implements IRecerver{
@Override
public String getInfo() {
return "Email接收的详细信息";
}
}
class Weixin implements IRecerver{
@Override
public String getInfo() {
return "微信接收的详细信息";
}
}
class Person{
void receive(IRecerver recerver){
System.out.println(recerver.getInfo());
}
}
四.里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)
1.对继承性的思考
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守这些契约，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。
所以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，所有涉及子类的功能都有可能出现故障。
2.基本介绍
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。通常的做法是：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（比如传参数，利用多态），聚合，组合（比如声明为成员属性）等关系代替
五.开闭原则(Open Closed Principle)
1.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编程中遵循其他原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。
2.具体实例
最开始的代码
public class Main {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
/*
绘制矩形
绘制圆形
*/
}
}
//一个绘图的类
//使用方
class GraphicEditor{
public void drawShape(Shape s){
if(s.m_type == 1){
drawRectangle(s);
}else if(s.m_type == 2){
drawCircle(s);
}
}
//绘制矩形
public void drawRectangle(Shape s){
System.out.println("绘制矩形");
}
//绘制圆形
public void drawCircle(Shape s){
System.out.println("绘制圆形");
}
}
class Shape{
int m_type;
}
class Rectangle extends Shape{
Rectangle(){
super.m_type = 1;
}
}
class Circle extends Shape{
Circle(){
super.m_type = 2;
}
}
优缺点分析
①优点是比较好理解，简单易操作
②缺点是违反了开闭原则。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。
当我们再增加一个图形时，会增加许多代码。比如我们增加一个三角形
加了三角形之后的代码（使用方也要改进，贼麻烦）
public class Main {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
graphicEditor.drawShape(new Triangle());
/*
绘制矩形
绘制圆形
*/
}
}
//一个绘图的类
class GraphicEditor{
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){
//--------------------------------------
//添加处三
//--------------------------------------
drawTriangle(s);
}
}
//绘制矩形
public void drawRectangle(Shape s){
System.out.println("绘制矩形");
}
//绘制圆形
public void drawCircle(Shape s){
System.out.println("绘制圆形");
}
//--------------------------------------
//添加处二
//--------------------------------------
//绘制三角形
public void drawTriangle(Shape s){
System.out.println("绘制三角形");
}
}
class Shape{
int m_type;
}
class Rectangle extends Shape{
Rectangle(){
super.m_type = 1;
}
}
class Circle extends Shape{
Circle(){
super.m_type = 2;
}
}
//--------------------------------------
//添加处一
//--------------------------------------
class Triangle extends Shape{
Triangle(){
super.m_type = 3;
}
}
改进思路
把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。这样当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。使用方的代码就无需更改。
改进后的代码
public class Main {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
graphicEditor.drawShape(new Triangle());
/*
绘制矩形
绘制圆形
*/
}
}
//一个绘图的类
class GraphicEditor{
public void drawShape(Shape s){
s.draw();
}
}
abstract class Shape{
int m_type;
//抽象方法
public abstract void draw();
}
class Rectangle extends Shape{
Rectangle(){
super.m_type = 1;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制矩形");
}
}
class Circle extends Shape{
Circle(){
super.m_type = 2;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制圆形");
}
}
class Triangle extends Shape{
Triangle(){
super.m_type = 3;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制三角形");
}
}
六.迪米特法则（Demeter Principle）
1.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
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，我们称出现在成员变量，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。（如果以局部变量的形式存在了，一般都是增加它的逻辑功能，但是这个逻辑功能不应该暴露出来，而应该封装到自己的类里面才合适。所以最好不要在别的类里面增加自己类的逻辑功能，也就是自己类最好不要以局部变量形式存在于别的类中）
2.具体案例
失败代码示例
public class Main {
public static void main(String[] args) {
SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
}
}
//学校的员工
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;
}
}
//管理学院员工的管理类
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 collegeEmployee = new CollegeEmployee();
collegeEmployee.setId("学院员工id=" + i);
list.add(collegeEmployee);
}
return list;
}
}
class SchoolManager{
//返回学校总部的员工
public List<Employee> getAllEmployee(){
List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
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;
}
//打印学院员工和学校总部员工
void printAllEmployee(CollegeManager collegeManager){
//问题代码段
List<CollegeEmployee> list1 = collegeManager.getAllEmployee();
System.out.println("----------------学院员工----------------");
for(CollegeEmployee collegeEmployee: list1){
System.out.println(collegeEmployee.getId());
}
List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("----------------学校总部员工----------------");
for(Employee e: list2){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
输出结果为
----------------学院员工----------------
学院员工id=0
学院员工id=1
学院员工id=2
学院员工id=3
学院员工id=4
学院员工id=5
学院员工id=6
学院员工id=7
学院员工id=8
学院员工id=9
----------------学校总部员工----------------
学校总部员工id=0
学校总部员工id=1
学校总部员工id=2
学校总部员工id=3
学校总部员工id=4
分析
SchoolManager类的直接朋友类都有：Employee（返回值位置）、CollegeManager （参数位置）。而CollegeEmployee不是直接朋友，但以局部变量的形式出现在了类中，而且还有一些逻辑暴露了出来，所以违反了迪米特法则。按照迪米特法则，应该把CollegeEmployee做的事情封装到自己的类里面，而不是暴露出来，即“最少知道”。在基本介绍的③里面有提到。
改进后的代码
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
}
}
//学校的员工
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;
}
}
//管理学院员工的管理类
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 collegeEmployee = new CollegeEmployee();
collegeEmployee.setId("学院员工id=" + i);
list.add(collegeEmployee);
}
return list;
}
//输出
public void printEmployee(){
List<CollegeEmployee> list1 = getAllEmployee();
System.out.println("----------------学院员工----------------");
for(CollegeEmployee collegeEmployee: list1){
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<Employee>();
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;
}
//打印学院员工和学校总部员工
void printAllEmployee(CollegeManager collegeManager){
collegeManager.printEmployee();
List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("----------------学校总部员工----------------");
for(Employee e: list2){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
3.迪米特法则注意事项
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）的耦合关系，并不是要求完全没有依赖关系。
七.合成复用原则（Composite Reuse Principle）
1.基本介绍
尽量使用合成/聚合的方式而不是使用继承
2.例子（不用太在意，后面会详细介绍合成和聚合的概念）
八.设计原则核心思想
1
找出应用中可能需要变化之处，把他们独立出来，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