设计模式 | 第1章 设计模式的七大原则

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前言

资料来源：B站，尚硅谷Java设计模式；

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1. 单一职责原则 Single Responsibility Principle

1.1 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；

1.2 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；

1.3 一个示例

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");
	}
}

//方案分析
//1. 遵守单一职责原则
//2. 但是这样做的改动很大，即将类分解，同时修改客户端
//3. 改进：直接修改Vehicle 类，改动的代码会比较少 => 方法级别保持单一
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");
	}
}

图解：

• 原：只有Vehicle类，让飞机在“公路运行”违反单一原则；
• 现：将Vehicle类拆分成三个类，各司其职；

2. 接口隔离原则 Interface Segregation Principle

2.1 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；

2.2 图解

• 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；

2.3 一个示例

public class Segregation1 {
	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");
	}
}

// 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
class A { 
	public void depend1(Interface1 i) {
		i.operation1();
	}
	public void depend2(Interface2 i) {
		i.operation2();
	}
	public void depend3(Interface2 i) {
		i.operation3();
	}
}

// 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
class C { 
	public void depend1(Interface1 i) {
		i.operation1();
	}
	public void depend4(Interface3 i) {
		i.operation4();
	}
	public void depend5(Interface3 i) {
		i.operation5();
	}
}

图解：

• 客户端在定义dependX()方法时设置参数为接口类型，调用时传递接口的实现类作为参数；
• 接口间互不影响，是最小接口，实现相互隔离；

3. 依赖倒转(倒置)原则 Dependence Inversion Principle

3.1 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；

3.2 依赖关系传递的三种方式及示例

示例解析：将ITV接口的play()方法传递给IOpenAndClose接口的实现类OpenAndClose；

• 接口传递；
• 构造器传递；
• Setter方法传递；

3.2.1 接口传递

//方式1: 通过接口传递实现依赖
//开关的接口
interface IOpenAndClose {
	public void open(ITV tv); //抽象方法,接收接口
}

//ITV接口
interface ITV { 
	public void play();
}

//实现接口[使用方]
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
	@Override
	public void open(ITV tv) {
		tv.play();
	}
}

3.2.2 构造方法传递

//方式2: 通过构造方法依赖传递
interface IOpenAndClose {
	public void open(); //抽象方法
}

//ITV接口
interface ITV { 
	public void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
	public ITV tv; //成员

	public OpenAndClose(ITV tv) { //构造器
		this.tv = tv;
	}
	public void open() {
		this.tv.play();
	}
}

3.2.3 Setter方法传递

// 方式3: 通过setter方法传递
interface IOpenAndClose {
	public void open(); // 抽象方法
	public void setTv(ITV tv);
}

// ITV接口
interface ITV { 
	public void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
	private ITV tv;

	public void setTv(ITV tv) {
		this.tv = tv;
	}
	public void open() {
		this.tv.play();
	}
}

3.2.4 调用上述方法

public class DependencyPass {
	public static void main(String[] args) {
		ChangHong changHong = new ChangHong();

		//通过接口进行依赖传递
		OpenAndClose openAndClose1 = new OpenAndClose();
		openAndClose1.open(changHong); //传递接口

		//通过构造器进行依赖传递
		OpenAndClose openAndClose2 = new OpenAndClose(changHong); //传递接口
		openAndClose2.open();

		//通过setter方法进行依赖传递
		OpenAndClose openAndClose3 = new OpenAndClose();
		openAndClose3.setTv(changHong); //传递接口
		openAndClose3.open();
	}
}

class ChangHong implements ITV {
	@Override
	public void play() {
		System.out.println("长虹电视机，打开");
	}
}

3.3 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；

4. 里氏替换原则 Liskov Substitution Principle

4.1 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？答：里氏替换原则；

4.2 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；
• 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；

4.3 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；

4.4 一个示例

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("-----------------------");
		
		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("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
	}
}

//基类，可以把更加基础的方法和成员写到Base类
class Base {
}

//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
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);
	}
}

图解：

• 原：B类继承A类，B类重写A类的func1()方法，在调用func1()时容易引起歧义；
• 现：B类和A类共同继承一个Base基类，B类可以通过组合的方式使用A类的方法；

5. 开闭原则 Open Closed Principle

5.1 基本介绍

• 开闭原则（Open Closed Principle）是编程中最基础、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；

5.2 一个示例

public class Ocp {
	public static void main(String[] args) {
		//模拟客户端逻辑
		GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
		graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
		graphicEditor.drawShape(new Circle());
	}
}

//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
}

//矩形
class Rectangle extends Shape {
	Rectangle() {
		super.m_type = 1;
	}
	@Override
	public void draw() {
		System.out.println(" 绘制矩形 ");
	}
}

//新增圆形
class Circle extends Shape {
	Circle() {
		super.m_type = 2;
	}
	@Override
	public void draw() {
		System.out.println(" 绘制圆形 ");
	}
}

图解：

• 原：在使用方GraphicEditor类里通过if-else方式判断m_type的属性，调用drawXxx()方法。这样在新增图形时要修改if-else判断和新增drawXxx()方法；
• 现：将drawXxx()方法下放到图形，在新增图形时，使用方GraphicEditor类不用做任何修改；
• 有点类似于依赖倒转原则的接口传递依赖，只不过这里的drawShape()方法使用超类Shape作为参数。而这两种方式在进行扩展时都不需要对使用方进行更改；

6. 迪米特法则 Demeter Principle

6.1 基本介绍

• 一个对象应该对其他对象保持最少的了解；
• 类与类关系越密切，耦合度越大；
• 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；
• 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；

6.2 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间(对象间)耦合关系， 并不是要求完全没有依赖关系；

6.3 一个示例

要求：调用schoolManager类里的printAllEmployee()方法能把学院和学校总部的员工信息都输出；

public class Demeter1 {
	public static void main(String[] args) {
		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;
	}
}

//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++) { //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() {
		List<CollegeEmployee> list1 = getAllEmployee();
		System.out.println("------------学院员工------------");
		for (CollegeEmployee e : list1) {
			System.out.println(e.getId());
		}
	}
}

//学校员工的管理类
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++) { //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) {
		//将输出学院的员工方法，封装到CollegeManager，即可直接调用printEmployee()方法
		sub.printEmployee();
		//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());
		}
	}
}

图解：

• 原：sub.printEmployee()的实现逻辑在SchoolManager管理类里；
• 现：该方法的实现在CollegeManager管理类里，SchoolManager不必知道CollegeManager的实现逻辑；

7. 合成复用原则 Composite Reuse Principle

7.1 基本介绍

• 合成复用原则（Composite Reuse Principle）是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承；

8. 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；

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最后

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