设计模式01-软件设计七大原则

写在前面

• 软件设计七大原则
  • 开闭原则
  • 里氏替换原则
  • 依赖倒置原则
  • 单一职责原则
  • 接口隔离原则
  • 迪米特法则
  • 合成复用原则
• 创建型模式
  • 单例（Singleton）模式
  • 原型（Prototype）模式
  • 简单工厂（Simple Factory）模式
  • 工厂方法（Factory Method）模式
  • 抽象工厂（Abstract Factory）模式
  • 建造者（Builder）模式
• 结构型模式
  • 代理（Proxy）模式
  • 适配器（Adapter）模式
  • 桥接（Bridge）模式
  • 装饰（Decorator）模式
  • 外观（Facade）模式
  • 享元（Flyweight）模式
  • 组合（Composite）模式
• 行为型模式
  • 模板方法（Template Method）模式
  • 策略（Strategy）模式
  • 命令（Command）模式
  • 职责链（Chain of Responsibility）模式
  • 状态（State）模式
  • 观察者（Observer）模式
  • 中介者（Mediator）模式
  • 迭代器（Iterator）模式
  • 访问者（Visitor）模式
  • 备忘录（Memento）模式
  • 解释器（Interpreter）模式

本系列共四篇笔记分别如下：

• 设计模式-01篇-软件设计七大原则
• 设计模式-02篇-创建型模式
• 设计模式-03篇-结构型模式
• 设计模式-04篇-行为型模式

开闭原则

定义： 软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。

作用：

1. 对软件测试的影响：软件遵守开闭原则的话，软件测试时只需要对扩展的代码进行测试就可以了，因为原有的测试代码仍然能够正常运行。
2. 可以提高代码的可复用性：粒度越小，被复用的可能性就越大；在面向对象的程序设计中，根据原子和抽象编程可以提高代码的可复用性。
3. 可以提高软件的可维护性：遵守开闭原则的软件，其稳定性高和延续性强，从而易于扩展和维护。

实现：

可以通过“抽象约束、封装变化”来实现开闭原则，即通过接口或者抽象类为软件实体定义一个相对稳定的抽象层，而将相同的可变因素封装在相同的具体实现类中。

里氏替换原则

定义： 继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立。（通俗来讲：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。也可以说：子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。）

作用：

1. 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。
2. 它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点。
3. 它是动作正确性的保证。即类的扩展不会给已有的系统引入新的错误，降低了代码出错的可能性。
4. 加强程序的健壮性，同时变更时可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、可扩展性，降低需求变更时引入的风险。

实现：

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（即方法的输入参数）要比父类的方法更宽松
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（即方法的的输出/返回值）要比父类的方法更严格或相等

依赖倒置原则

定义： 高层模块不应该依赖低层模块，两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。其核心思想是：要面向接口编程，不要面向实现编程。

作用：

1. 依赖倒置原则可以降低类间的耦合性。
2. 依赖倒置原则可以提高系统的稳定性。
3. 依赖倒置原则可以减少并行开发引起的风险。
4. 依赖倒置原则可以提高代码的可读性和可维护性。

实现：

1. 每个类尽量提供接口或抽象类，或者两者都具备。
2. 变量的声明类型尽量是接口或者是抽象类。
3. 任何类都不应该从具体类派生。
4. 使用继承时尽量遵循里氏替换原则。

单一职责原则

定义： 这里的职责是指类变化的原因，单一职责原则规定一个类应该有且仅有一个引起它变化的原因，否则类应该被拆分。

作用：

单一职责原则的核心就是控制类的粒度大小、将对象解耦、提高其内聚性。如果遵循单一职责原则将有以下优点。

1. 降低类的复杂度。一个类只负责一项职责，其逻辑肯定要比负责多项职责简单得多。
2. 提高类的可读性。复杂性降低，自然其可读性会提高。
3. 提高系统的可维护性。可读性提高，那自然更容易维护了。
   变更引起的风险降低。变更是必然的，如果单一职责原则遵守得好，当修改一个功能时，可以显著降低对其他功能的影响。

实现：

单一职责原则是最简单但又最难运用的原则，需要设计人员发现类的不同职责并将其分离，再封装到不同的类或模块中。而发现类的多重职责需要设计人员具有较强的分析设计能力和相关重构经验。

接口隔离原则

定义： 客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法 。该原则还有另外一个定义：一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

以上两个定义的含义是：要为各个类建立它们需要的专用接口，而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。

作用：

1. 将臃肿庞大的接口分解为多个粒度小的接口，可以预防外来变更的扩散，提高系统的灵活性和可维护性。
2. 接口隔离提高了系统的内聚性，减少了对外交互，降低了系统的耦合性。
3. 如果接口的粒度大小定义合理，能够保证系统的稳定性；但是，如果定义过小，则会造成接口数量过多，使设计复杂化；如果定义太大，灵活性降低，无法提供定制服务，给整体项目带来无法预料的风险。
4. 使用多个专门的接口还能够体现对象的层次，因为可以通过接口的继承，实现对总接口的定义。
5. 能减少项目工程中的代码冗余。过大的大接口里面通常放置许多不用的方法，当实现这个接口的时候，被迫设计冗余的代码。

实现：

1. 接口尽量小，但是要有限度。一个接口只服务于一个子模块或业务逻辑。
2. 为依赖接口的类定制服务。只提供调用者需要的方法，屏蔽不需要的方法。
3. 了解环境，拒绝盲从。每个项目或产品都有选定的环境因素，环境不同，接口拆分的标准就不同深入了解业务逻辑。
4. 提高内聚，减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

迪米特法则

定义： 又叫作最少知识原则。只与你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话。其含义是：如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。

作用：

1. 降低了类之间的耦合度，提高了模块的相对独立性。
2. 由于亲合度降低，从而提高了类的可复用率和系统的扩展性。

但是，过度使用迪米特法则会使系统产生大量的中介类，从而增加系统的复杂性，使模块之间的通信效率降低。所以，在釆用迪米特法则时需要反复权衡，确保高内聚和低耦合的同时，保证系统的结构清晰。

实现：

1. 在类的划分上，应该创建弱耦合的类。类与类之间的耦合越弱，就越有利于实现可复用的目标。
2. 在类的结构设计上，尽量降低类成员的访问权限。
3. 在类的设计上，优先考虑将一个类设置成不变类。
4. 在对其他类的引用上，将引用其他对象的次数降到最低。
5. 不暴露类的属性成员，而应该提供相应的访问器（set 和 get 方法）。
6. 谨慎使用序列化（Serializable）功能。

合成复用原则

定义： 也叫组合/聚合复用原则。它要求在软件复用时，要尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。

如果要使用继承关系，则必须严格遵循里氏替换原则。合成复用原则同里氏替换原则相辅相成的，两者都是开闭原则的具体实现规范。

作用：

通常类的复用分为继承复用和合成复用两种，继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也存在以下缺点。

1. 继承复用破坏了类的封装性。因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这种复用又称为“白箱”复用。
2. 子类与父类的耦合度高。父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，这不利于类的扩展与维护。
3. 它限制了复用的灵活性。从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。

采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象中，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下优点。

1. 它维持了类的封装性。因为成分对象的内部细节是新对象看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”复用。
2. 新旧类之间的耦合度低。这种复用所需的依赖较少，新对象存取成分对象的唯一方法是通过成分对象的接口。
3. 复用的灵活性高。这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。

实现：

合成复用原则是通过将已有的对象纳入新对象中，作为新对象的成员对象来实现的，新对象可以调用已有对象的功能，从而达到复用。

总结

设计原则	一句话归纳	目的
开闭原则	对扩展开放，对修改关闭	降低维护带来的新风险
依赖倒置原则	高层不应该依赖低层，要面向接口编程	更利于代码结构的升级扩展
单一职责原则	一个类只干一件事，实现类要单一	便于理解，提高代码的可读性
接口隔离原则	一个接口只干一件事，接口要精简单一	功能解耦，高聚合、低耦合
迪米特法则	不该知道的不要知道，一个类应该保持对其它对象最少的了解，降低耦合度	只和朋友交流，不和陌生人说话，减少代码臃肿
里氏替换原则	不要破坏继承体系，子类重写方法功能发生改变，不应该影响父类方法的含义	防止继承泛滥
合成复用原则	尽量使用组合或者聚合关系实现代码复用，少使用继承	降低代码耦合

参考资料

• Java设计模式：23种设计模式全面解析（超级详细）
• 大话设计模式