java 设计原则
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文章目录
- 一、软件设计原则
-
- 1.开闭原则
- 2.依赖倒置原则
- 3.单一职责原则
- 4.接口隔离原则
- 5.迪米特法则
- 6.里氏替换原则
- 7.合成复用原则
一、软件设计原则
1.开闭原则
开闭原则（Open-Closed Principle, OCP）是指一个软件实体如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭。所谓的开闭，也正是对扩展和修改两个行为的一个原则。强调的是用抽象构建框架，用实现扩展细节。
1.课程接口ICourse
public interface ICourse {
Integer getId();
String getName();
Double getPrice();
}
2.程生态有Java 架构、大数据、人工智能、前端、软件测试等，我们来创建一个 Java 架构课程的类JavaCourse
public class JavaCourse implements ICourse{
private Integer Id;
private String name;
private Double price;
public JavaCourse(Integer id, String name, Double price) {
this.Id = id;
this.name = name;
this.price = price;}
public Integer getId() {
return this.Id;}
}
3.现在我们要给 Java 架构课程做活动，价格优惠。如果修改 JavaCourse 中的 getPrice() 方法，则会存在一定的风险，可能影响其他地方的调用结果
public class JavaDiscountCourse extends JavaCourse {
public JavaDiscountCourse(Integer id, String name, Double price) { super(id, name, price);}
public Double getOriginPrice(){ return super.getPrice();}
public Double getPrice(){return super.getPrice() * 0.61;}
2.依赖倒置原则
依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle,DIP）是指设计代码结构时，高层模块不应该依赖底层模块，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。通过依赖倒置，可以减少类与类之间的耦合性
tom正在学习技术
public class Tom {
public void studyJavaCourse(){
System.out.println("Tom 在学习 Java 的课程");}
public void studyPythonCourse(){
System.out.println("Tom 在学习 Python 的课程");}
}
调用一下
public static void main(String[] args) {
Tom tom = new Tom();
tom.studyJavaCourse();
tom.studyPythonCourse();
}
Tom 热爱学习，目前正在学习Java 课程和Python 课程。大家都知道，学习也是会上瘾的。随着学习兴趣的暴涨，现在 Tom 还想学习AI 人工智能的课程。这个时候，业务扩展，我们的代码要从底层到高层（调用层）一次修改代码。在 Tom 类中增加studyAICourse()的方法，在高层也要追加调用。如此一来，系统发布以后，实际上是非常不稳定的，在修改代码的同时也会带来意想不到的风险。接下来我们优化代码，创建一个课程的抽象ICourse 接口：
public interface ICourse {
void study();
}
然后写JavaCourse 类：
public class JavaCourse implements ICourse {
@Override
public void study() {
System.out.println("Tom 在学习 Java 课程");
}
}
再实现PythonCourse 类：
public class PythonCourse implements ICourse {
@Override
public void study() {
System.out.println("Tom 在学习 Python 课程");
}
}
修改 Tom 类：
public void study(ICourse course){
course.study();
}
然后调用
public static void main(String[] args) {
Tom tom = new Tom();
tom.study(new JavaCourse());
tom.study(new PythonCourse());
}
我们这时候再看来代码，Tom 的兴趣无论怎么暴涨，对于新的课程，我只需要新建一个类，通过传参的方式告诉 Tom，而不需要修改底层代码。实际上这是一种大家非常熟悉的方式，叫依赖注入。注入的方式还有构造器方式和setter 方式。我们来看构造器注入方式：
public class Tom {
private ICourse course;
public Tom(ICourse course){
this.course = course;
}
public void study(){ course.study();
}
调用
public static void main(String[] args) {
Tom tom = new Tom(new JavaCourse());
tom.study();
}
根据构造器方式注入，在调用时，每次都要创建实例。那么，如果 Tom 是全局单例，则我们就只能选择用Setter 方式来注入，继续修改 Tom 类的代码：
public class Tom {
private ICourse course;
public void setCourse(ICourse course) { this.course = course;}
public void study(){course.study();}
}
调用
public static void main(String[] args) {
Tom tom = new Tom();
tom.setCourse(new JavaCourse());
tom.study();
tom.setCourse(new PythonCourse());
tom.study();
}
3.单一职责原则
单一职责（Simple Responsibility Pinciple，SRP）是指不要存在多于一个导致类变更的原因。假设我们有一个 Class 负责两个职责，一旦发生需求变更，修改其中一个职责的逻辑代码，有可能会导致另一个职责的功能发生故障。这样一来，这个 Class 存在两个导致类变更的原因。如何解决这个问题呢？我们就要给两个职责分别用两个Class 来实现， 进行解耦。后期需求变更维护互不影响。这样的设计，可以降低类的复杂度，提高类的可读性， 提高系统的可维护性， 降低变更引起的风险。 总体来说就是一个Class/Interface/Method 只负责一项职责。
接下来，我们来看代码实例，还是用课程举例，我们的课程有直播课和录播课。直播课不能快进和快退，录播可以可以任意的反复观看，功能职责不一样。还是先创建一个Course 类：
public class Course {
public void study(String courseName){
if("直播课".equals(courseName)){
System.out.println(courseName + "不能快进");}
else{
System.out.println(courseName + "可以反复回看");}
}
}
调用
public static void main(String[] args) {
Course course = new Course();
course.study("直播课");
course.study("录播课");
}
从上面代码来看，Course 类承担了两种处理逻辑。假如，现在要对课程进行加密，那么直播课和录播课的加密逻辑都不一样，必须要修改代码。而修改代码逻辑势必会相互影响容易造成不可控的风险。我们对职责进行分离解耦，来看代码，分别创建两个类ReplayCourse 和LiveCourse：
public class LiveCourse {
public void study(String courseName){
System.out.println(courseName + "不能快进看");}
}
public class ReplayCourse {
public void study(String courseName){
System.out.println(courseName + "可以反复回");}
}
调用
public static void main(String[] args) {
LiveCourse liveCourse = new LiveCourse();
liveCourse.study("直播课");
ReplayCourse replayCourse = new ReplayCourse();
replayCourse.study("录播课");
}
业务继续发展，课程要做权限。没有付费的学员可以获取课程基本信息，已经付费的学员可以获得视频流，即学习权限。那么对于控制课程层面上至少有两个职责。我们可以把展示职责和管理职责分离开来，都实现同一个抽象依赖。设计一个顶层接口,创建ICourse 接口：
public interface ICourse {
//获得基本信息
String getCourseName();
//获得视频流
byte[] getCourseVideo();
//学习课程
void studyCourse();
//退款
void refundCourse();
}
我们可以把这个接口拆成两个接口，创建一个接口ICourseInfo 和ICourseManager
public interface ICourseInfo {
String getCourseName();
byte[] getCourseVideo();
}
public interface ICourseManager {
void studyCourse();
void refundCourse();
}
类图：
下面我们来看一下方法层面的单一职责设计。有时候，我们为了偷懒，通常会把一个方法写成下面这样：
private void modifyUserInfo(String userName,String address){
userName = "Tom";
address = "Changsha";
}
还可能写成这样：
private void modifyUserInfo(String userName,String... fileds){ userName = "Tom";
// address = "Changsha";
}
private void modifyUserInfo(String userName,String address,boolean bool){
if(bool){ }else{ }
userName = "Tom";
address = "Changsha";
}
显然，上面的 modifyUserInfo()方法中都承担了多个职责，既可以修改 userName,也可以修改address，甚至更多，明显不符合单一职责。那么我们做如下修改，把这个方法拆成两个：
private void modifyUserName(String userName){
userName = "Tom";
}
private void modifyAddress(String address){
address = "Changsha";
}
4.接口隔离原则
接口隔离原则（Interface Segregation Principle, ISP）是指用多个专门的接口，而不使用单一的总接口，客户端不应该依赖它不需要的接口。这个原则指导我们在设计接口时应当注意一下几点：
1、一个类对一类的依赖应该建立在最小的接口之上。
2、建立单一接口，不要建立庞大臃肿的接口。
3、尽量细化接口，接口中的方法尽量少（不是越少越好，一定要适度）。
接口隔离原则符合我们常说的高内聚低耦合的设计思想，从而使得类具有很好的可读性、可扩展性和可维护性。我们在设计接口的时候，要多花时间去思考，要考虑业务模型，包括以后有可能发生变更的地方还要做一些预判。所以，对于抽象，对业务模型的理解是非常重要的。下面我们来看一段代码，写一个动物行为的抽象：
IAnimal 接口：
public interface IAnimal { void eat();
void fly(); void swim();
}
Bird 类实现：
public class Bird implements IAnimal {
@Override
public void eat() {}
@Override
public void fly() {}
@Override
public void swim() {}
}
Dog 类实现：
public class Dog implements IAnimal {
@Override
public void eat() {}
@Override
public void fly() {}
@Override
public void swim() {}
}
可以看出，Bird 的swim()方法可能只能空着，Dog 的fly()方法显然不可能的。这时候， 我们针对不同动物行为来设计不同的接口， 分别设计 IEatAnimal， IFlyAnimal 和ISwimAnimal 接口，来看代码：
IEatAnimal 接口：
public interface IEatAnimal {
void eat();
}
IFlyAnimal 接口：
public interface IFlyAnimal {
void fly();
}
ISwimAnimal 接口：
public interface ISwimAnimal {
void swim();
}
Dog 只实现IEatAnimal 和ISwimAnimal 接口：
public class Dog implements ISwimAnimal,IEatAnimal {
@Override
public void eat() {}
@Override
public void swim() {}
}
5.迪米特法则
迪米特原则（Law of Demeter LoD）是指一个对象应该对其他对象保持最少的了解，又叫最少知道原则（Least Knowledge Principle,LKP），尽量降低类与类之间的耦合。迪米特原则主要强调只和朋友交流，不和陌生人说话。出现在成员变量、方法的输入、输出参数中的类都可以称之为成员朋友类，而出现在方法体内部的类不属于朋友类。现在来设计一个权限系统，Boss 需要查看目前发布到线上的课程数量。这时候，Boss 要找到 TeamLeader 去进行统计，TeamLeader 再把统计结果告诉 Boss。接下来我们还是来看代码：
Course 类：
public class Course {
}
TeamLeader 类：
public class TeamLeader {
public void checkNumberOfCourses(List<Course> courseList){
System.out.println("目前已发布的课程数量是："+courseList.size());}
}
Boss 类：
public class Boss {
public void commandCheckNumber(TeamLeader teamLeader){
//模拟 Boss 一页一页往下翻页，TeamLeader 实时统计
List<Course> courseList = new ArrayList<Course>();
for (int i= 0; i < 20 ;i ++){
courseList.add(new Course());}
teamLeader.checkNumberOfCourses(courseList);
}
}
测试代码：
public static void main(String[] args) {
Boss boss = new Boss();
TeamLeader teamLeader = new TeamLeader();
boss.commandCheckNumber(teamLeader);
}
写到这里，其实功能已经都已经实现，代码看上去也没什么问题。根据迪米特原则，Boss 只想要结果，不需要跟 Course 产生直接的交流。而 TeamLeader 统计需要引用 Course 对象
TeamLeader 类：
public class TeamLeader {
public void checkNumberOfCourses(){
List<Course> courseList = new ArrayList<Course>();
for(int i = 0 ;i < 20;i++){
courseList.add(new Course());}
System.out.println("目前已发布的课程数量是："+courseList.size());}
}
Boss 类：
public class Boss {
public void commandCheckNumber(TeamLeader teamLeader){ teamLeader.checkNumberOfCourses();}
}
6.里氏替换原则
里氏替换原则（Liskov Substitution Principle,LSP）是指如果对每一个类型为 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。
定义看上去还是比较抽象，我们重新理解一下，可以理解为一个软件实体如果适用一个父类的话，那一定是适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象，子类对象能够替换父类对象，而程序逻辑不变。根据这个理解，我们总结一下：
引申含义：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。
1、子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。
2、子类中可以增加自己特有的方法。
3、当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的输入/入参）要比父类方法的输入参数更宽松。
4、当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载或实现抽象方法），方法的后置条件（即方法的输出/返回值）要比父类更严格或相等。
在前面讲开闭原则的时候埋下了一个伏笔，我们记得在获取折后时重写覆盖了父类的getPrice()方法，增加了一个获取源码的方法 getOriginPrice()，显然就违背了里氏替换原则。我们修改一下代码，不应该覆盖getPrice()方法，增加getDiscountPrice
()方法
public class JavaDiscountCourse extends JavaCourse {
public JavaDiscountCourse(Integer id, String name, Double price) {
super(id, name, price);}
public Double getDiscountPrice(){
return super.getPrice() * 0.61;}
}
使用里氏替换原则有以下优点：
1、约束继承泛滥，开闭原则的一种体现。
2、加强程序的健壮性，同时变更时也可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、扩展性。降低需求变更时引入的风险。
现在来描述一个经典的业务场景，用正方形、矩形和四边形的关系说明里氏替换原则， 我们都知道正方形是一个特殊的长方形，那么就可以创建一个长方形父类 Rectangle 类：
public class Rectangle {
private long height;
private long width;
@Override
public long getWidth() { return width;}
@Override
public long getLength() { return length;}
public void setLength(long length) { this.length = length;}
public void setWidth(long width) { this.width = width;}
}
创建正方形Square 类继承长方形：
public class Square extends Rectangle {
private long length;
public long getLength() { return length;
}
public void setLength(long length) { this.length = length;
}
@Override
public long getWidth() { return getLength();
}
@Override
public long getHeight() { return getLength();
}
@Override
public void setHeight(long height) { setLength(height);
}
@Override
public void setWidth(long width) { setLength(width);
}
}
在测试类中创建resize()方法，根据逻辑长方形的宽应该大于等于高，我们让高一直自增， 知道高等于宽变成正方形
public static void resize(Rectangle rectangle){
while (rectangle.getWidth() >= rectangle.getHeight()){
rectangle.setHeight(rectangle.getHeight() + 1);
System.out.println("width:"+rectangle.getWidth() + ",height:"+rectangle.getHeight());
}
System.out.println("resize 方法结束" +
"\nwidth:"+rectangle.getWidth() + ",height:"+rectangle.getHeight());
}
测试代码
public static void main(String[] args) {
Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangle.setWidth(20);
rectangle.setHeight(10);
resize(rectangle);
}
这时候我们运行的时候就出现了死循环，违背了里氏替换原则，将父类替换为子类后， 程序运行结果没有达到预期。因此，我们的代码设计是存在一定风险的。里氏替换原则只存在父类与子类之间，约束继承泛滥。我们再来创建一个基于长方形与正方形共同的抽象四边形Quadrangle 接口：
public interface Quadrangle {
long getWidth();
long getHeight();
}
修改长方形Rectangle 类：
public class Rectangle implements Quadrangle {
private long height;
private long width;
@Override
public long getWidth() { return width;
}
public long getHeight() { return height;
}
public void setHeight(long height) { this.height = height;
}
public void setWidth(long width) { this.width = width;
}
}
修改正方形类Square 类：
public class Square implements Quadrangle {
private long length;
public long getLength() { return length;
}
public void setLength(long length) { this.length = length;
}
@Override
public long getWidth() { return length;
}
@Override
public long getHeight() { return length;
}
}
此时，如果我们把resize()方法的参数换成四边形Quadrangle 类，方法内部就会报错。
因为正方形Square 已经没有了setWidth()和setHeight()方法了。因此，为了约束继承泛滥，resize()的方法参数只能用Rectangle 长方形
7.合成复用原则
合成复用原则（Composite/Aggregate Reuse Principle,CARP）是指尽量使用对象组合(has-a)/聚合(contanis-a)，而不是继承关系达到软件复用的目的。可以使系统更加灵活，降低类与类之间的耦合度，一个类的变化对其他类造成的影响相对较少。
继承我们叫做白箱复用，相当于把所有的实现细节暴露给子类。组合/聚合也称之为黑箱复用，对类以外的对象是无法获取到实现细节的。要根据具体的业务场景来做代码设计， 其实也都需要遵循OOP 模型。还是以数据库操作为例，先来创建DBConnection 类：
public class DBConnection {
public String getConnection(){
return "MySQL 数据库连接";}
}
创建ProductDao 类：
public class ProductDao{
private DBConnection dbConnection;
public void setDbConnection(DBConnection dbConnection) { this.dbConnection = dbConnection;
}
public void addProduct(){
String conn = dbConnection.getConnection();
System.out.println("使用"+conn+"增加产品");}
}
这就是一种非常典型的合成复用原则应用场景。但是，目前的设计来说，DBConnection 还不是一种抽象，不便于系统扩展。目前的系统支持 MySQL 数据库连接，假设业务发生变化，数据库操作层要支持 Oracle 数据库。当然，我们可以在 DBConnection 中增加对Oracle 数据库支持的方法。但是违背了开闭原则。其实，我们可以不必修改 Dao 的代码， 将DBConnection 修改为abstract，来看代码：
public abstract class DBConnection { public abstract String getConnection();
然后，将MySQL 的逻辑抽离：
public class MySQLConnection extends DBConnection {
@Override
public String getConnection() { return "MySQL 数据库连接";}
}
再创建Oracle 支持的逻辑：
public class OracleConnection extends DBConnection {
@Override
public String getConnection() { return "Oracle 数据库连接";}
}