设计模式一：设计模式七大原则
尚硅谷b站视频学习笔记：https://www.bilibili.com/video/BV1G4411c7N4?p=23&spm_id_from=pageDriver
一 设计模式的目的
- 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，称为可维护)
- 4)可靠性 (即：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
二 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)
设计模式常用的七大原则有:
- 1)单一职责原则
- 2)接口隔离原则
- 3)依赖倒转(倒置)原则
- 4)里氏替换原则
- 5)开闭原则
- 6)迪米特法则
- 7)合成复用原则
2.1 单一职责原则
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.
public class SingleResponsibility {
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 方法中，违反了单一职责原则
// 2. 解决的方案非常的简单，根据交通工具运行方法不同，分解成不同类即可
class Vehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");
}
}
public class SingleResponsibility3 {
public static void main(String[] args) {
Vehicle2 vehicle2 = new Vehicle2();
vehicle2.run("汽车");
vehicle2.runWater("轮船");
vehicle2.runAir("飞机");
}
}
//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，但是在方法级别上，仍然是遵守单一职责
class Vehicle2 {
public void run(String vehicle) {
//处理
System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");
}
public void runAir(String vehicle) { System.out.println(vehicle + " 在天空上运行....");
}
public void runWater(String vehicle) { System.out.println(vehicle + " 在水中行....");
}
}
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
2.2 接口隔离原则(Interface Segregation Principle)
一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上
public class Segregation1 {
public static void main(String[] args) {
}
}
//接口
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 { //A 类通过接口 Interface1 依赖(使用) B 类，但是只会用到 1,2,3 方法
public void depend1(Interface1 i) {
i.operation1();
}
public void depend2(Interface1 i) {
i.operation2();
}
public void depend3(Interface1 i) {
i.operation3();
}
}
class C { //C 类通过接口 Interface1 依赖(使用) D 类，但是只会用到 1,4,5 方法
public void depend1(Interface1 i) {
i.operation1();
}
public void depend4(Interface1 i) {
i.operation4();
}
public void depend5(Interface1 i) {
i.operation5();
}
}
改进：
public class Segregation1 {
public static void main(String[] args) {
// 使用一把
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 类通过接口去依赖(使用)D 类
c.depend4(new D());
c.depend5(new D());
}
}
// 接 口 1
interface Interface1 {
void operation1();
}
// 接 口 2
interface Interface2 {
void operation2();
void operation3();
}
// 接 口 3
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 { // A 类通过接口 Interface1,Interface2 依赖(使用) B 类，但是只会用到 1,2,3 方法
public void depend1(Interface1 i) {
i.operation1();
}
public void depend2(Interface2 i) {
i.operation2();
}
public void depend3(Interface2 i) {
i.operation3();
}
}
class C { // C 类通过接口 Interface1,Interface3 依赖(使用) D 类，但是只会用到 1,4,5 方法
public void depend1(Interface1 i) {
i.operation1();
}
public void depend4(Interface3 i) {
i.operation4();
}
public void depend5(Interface3 i) {
i.operation5();
}
}
2.3 依赖倒转原则
依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)是指：
- 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
public class DependecyInversion {
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，短信等等，则新增类，同时 Perons 也要增加相应的接收方法
//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, WeiXin 等等属于接收的范围，他们各自实现 IReceiver 接口就 ok, 这样我们就符号依赖倒转原则
class Person {
public void receive(Email email) {
System.out.println(email.getInfo());
}
}
改进：
public class DependecyInversion {
public static void main(String[] args) {
//客户端无需改变
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
person.receive(new WeiXin());
}
}
//定义接口
interface IReceiver {
public String getInfo();
}
class Email implements IReceiver {
public String getInfo() {
return "电子邮件信息: hello,world";
}
}
//增加微信
class WeiXin implements IReceiver {
public String getInfo() {
return "微信信息: hello,ok";
}
}
//方式 2
class Person {
//这里我们是对接口的依赖
public void receive(IReceiver receiver) {
System.out.println(receiver.getInfo());
}
}
依赖倒转原则的注意事项和细节
- 1)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.
- 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)继承时遵循里氏替换原则
2.4 里氏替换原则
OO 中的继承性的思考和说明:
- 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)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: - 1)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。
- 2)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 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。
- 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
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));// 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 num1, int num2) {
return num1 - num2;
}
}
// B 类继承了 A
// 增加了一个新功能：完成两个数相加,然后和 9 求和
class B extends A {
//这里，重写了 A 类的方法, 可能是无意识
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b) {
return func1(a, b) + 9;
}
}
改进：
public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub 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 类不再继承 A 类，因此调用者，不会再 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));// 1+8 System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
//使用组合仍然可以使用到 A 类相关方法
System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));// 这里本意是求出 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
}
// A 类
class A extends Base {
// 返回两个数的差
public int func1(int num1, int num2) {
return num1 - num2;
}
}
// B 类继承了 A
// 增加了一个新功能：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();
//这里，重写了 A 类的方法, 可能是无意识
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
public int func3(int a, int b) {
return this.a.func1(a, b);
}
}
2.5 开闭原则
- 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)编程中遵循其它原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。
public class Ocp {
public static void main(String[] args) {
//使用看看存在的问题
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 {
//接收 Shape 对象，然后根据 type，来绘制不同的图形
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);
}
//绘制矩形
public void drawRectangle(Shape r) {
System.out.println(" 绘制矩形 ");
}
//绘制圆形
public void drawCircle(Shape r) {
System.out.println(" 绘制圆形 ");
}
//绘制三角形
public void drawTriangle(Shape r) {
System.out.println(" 绘制三角形 ");
}
}
//Shape 类，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;
}
}
//新增画三角形
class Triangle extends Shape {
Triangle() {
super.m_type = 3;
}
}
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 -> 满足了开闭原则
package com.atguigu.principle.ocp.improve;
public class Ocp {
public static void main(String[] args) {
//使用看看存在的问题
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
graphicEditor.drawShape(new Triangle());
graphicEditor.drawShape(new OtherGraphic());
}
}
//这是一个用于绘图的类 [使用方]
class GraphicEditor {
//接收 Shape 对象，调用 draw 方法
public void drawShape(Shape s) {
s.draw();
}
}
//Shape 类，基类
abstract class Shape {
int m_type;
public abstract void draw();//抽象方法
}
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 ");
}
}
//新增画三角形
class Triangle extends Shape {
Triangle() {
super.m_type = 3;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println(" 绘制三角形 ");
}
}
//新增一个图形
class OtherGraphic extends Shape {
OtherGraphic() {
super.m_type = 4;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println(" 绘制其它图形 ");
}
}
2.6 迪米特法则
- 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。
代码示例：
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
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//客户端
public class Demeter1 {
public static void main(String[] args) {
//创建了一个 SchoolManager 对象
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());
}
}
//学校总部员工类
class Employee {
private String id;
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
}
//学院的员工类
class CollegeEmployee {
private String id;
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
}
//管理学院员工的管理类
class CollegeManager {
//返回学院的所有员工
public List getAllEmployee() {
List list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 10; i++) { //这里我们增加了 10 个员工到 list
CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
emp.setId("学院员工 id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
}
//学校管理类
//分析 SchoolManager 类的直接朋友类有哪些 Employee、CollegeManager
//CollegeEmployee 不是 直接朋友 而是一个陌生类，这样违背了 迪米特法则
class SchoolManager {
//返回学校总部的员工
public List getAllEmployee() {
List list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 5; i++) { //这里我们增加了 5 个员工到 list
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) {
//分析问题
//1. 这 里 的 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 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 list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("------------学校总部员工------------");
for (Employee e : list2) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
前面设计的问题在于 SchoolManager 中，CollegeEmployee 类并不是 SchoolManager 类的直接朋友 (分析),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
对代码按照迪米特法则 进行改进:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//客户端
public class Demeter1 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("~~~使用迪米特法则的改进~~~");
//创建了一个 SchoolManager 对象
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());
}
}
//学校总部员工类
class Employee {
private String id;
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
}
//学院的员工类
class CollegeEmployee {
private String id;
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
}
//管理学院员工的管理类
class CollegeManager {
//返回学院的所有员工
public List getAllEmployee() {
List list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 10; i++) { //这里我们增加了 10 个员工到 list
CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
emp.setId("学院员工 id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
// 输 出 学 院 员 工 的 信 息
public void printEmployee() {
//获取到学院员工
List list1 = getAllEmployee();
System.out.println("------------学院员工------------");
for (CollegeEmployee e : list1) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
//学校管理类
//分析 SchoolManager 类的直接朋友类有哪些 Employee、CollegeManager
//CollegeEmployee 不是 直接朋友 而是一个陌生类，这样违背了 迪米特法则
class SchoolManager {
//返回学校总部的员工
public List getAllEmployee() {
List list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 5; i++) { //这里我们增加了 5 个员工到 lis
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) {
//分析问题
//1. 将输出学院的员工方法，封装到 CollegeManager
sub.printEmployee();
//获取到学校总部员工
List list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("------------学校总部员工------------");
for (Employee e : list2) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
- 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
2.7 合成复用原则（Composite Reuse Principle）
原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承