设计模式七大原则
设计模式七大原则
什么是设计模式呢？
简单理解就是我们在开发软件的期间面临着各种各样的问题，对这种普遍存在(反复出现)的问题提出的解决方案。
设计模式分为三种类型，共 23 种
1）创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。
2）结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
3）行为型模式：模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、 解释器模式（Interpreter 模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。
1. 单一职责模式
对类来说，即一个类只能负责一项职责。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。
应用实例
方式一
public class SingleResponsibility1 {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.run("摩托车");
vehicle.run("汽车");
vehicle.run("飞机");
}
}
class Vehicle{
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle+"在公路上跑");
}
}
问题分析
1）运行结果中不管是摩托车，飞机还是汽车，都是在公路上运行，违反了单一职责原则
2）解决办法，我们应该将Vehicle 分解成不同的类
方式二
public class SingleResponsibility2 {
public static void main(String[] args) {
RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
roadVehicle.run("汽车");
AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
airVehicle.run("飞机");
WaterVehicle waterVehicle = new WaterVehicle();
waterVehicle.run("轮船");
}
}
class RoadVehicle {
public void run(String verhicle) {
System.out.println(verhicle + "公路上");
}
}
class AirVehicle{
public void run(String verhicle) {
System.out.println(verhicle + "在天空");
}
}
class WaterVehicle{
public void run(String verhicle){
System.out.println(verhicle + "在水里");
}
}
问题分析
1） 遵守单一职责原则，但是这样做的改动很大，即将类分解，同时修改客户端
2）改进：直接修改 Vehicle 类，改动的代码会比较少=>方案 3
方式三
public class SingleResponsibility3 {
public static void main(String[] args) {
Vehicle2 vehicle2 = new Vehicle2();
vehicle2.run("摩托");
vehicle2.runAir("船");
vehicle2.runWater("飞机");
}
}
class Vehicle2{
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle + "在公路上运行");
}
public void runAir(String vehicle){
System.out.println(vehicle + "在天空运行");
}
public void runWater(String verhicle){
System.out.println(verhicle + "在水里");
}
}
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
注意事项和细节
1）降低类的复杂度，一个类只负责一个职责
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、接口隔离原则
那什么是接口隔离原则，顾名思义，客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个的依赖应该建立在最小接口上。
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。
解决办法
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**（这里我们拆分成 *3* 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
应用实例
方式一
public class Segreation1 {
}
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类通过依赖接口Interface1依赖使用B类，但只会使用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类通过依赖接口Interface1依赖使用B类，但只会使用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();
}
}
public class Segreation2 {
}
interface Interface2{
void operation1();
}
interface Interface3{
void operation2();
void operation3();
}
interface Interface4{
void operation4();
void operation5();
}
class E implements Interface2, Interface3 {
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 F implements Interface2, Interface4 {
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 G{
//A类通过依赖接口Interface1依赖使用B类，但只会使用1,2,3方法
public void depend1(Interface2 i){
i.operation1();
}
public void depend2(Interface3 i){
i.operation2();
}
public void depend3(Interface3 i){
i.operation3();
}
}
class H {
//C类通过依赖接口Interface1依赖使用B类，但只会使用1,4,5方法
public void depend1(Interface2 i){
i.operation1();
}
public void depend4(Interface4 i){
i.operation4();
}
public void depend5(Interface4 i){
i.operation5();
}
}
3、依赖倒转（倒置）原则
依赖倒转原则是指：
1）高层模块不应依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象（比如抽象类，接口）
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）中心思想就是面向接口编程
应用实例
方式一：
/**
* todo 依赖倒置原则
*/
public class DependcyInversion {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
person.receive(new WX());
}
}
class Email {
public String getInfo() {
return "电子邮件的信息:hello word";
}
}
class WX{
public String getInfo(){
return "微信的消息是：wx";
}
}
//完成Person 接收消息的功能
//todo 分析： 比较容易实现，但是我们要是获得到别的信息，需要新增一些类 同时person也要增加相应的接收方
//todo 解决思路：引入一个抽象接口，在接口中与Person类发生依赖
class Person {
public void receive(Email email) {
System.out.println(email.getInfo());
}
//重新添加的类
public void receive(WX wx){
System.out.println(wx.getInfo());
}
}
虽然输出没什么问题;但是一旦又需要接受电子邮件信息呢,接受电话呢…;又要在Person类中重新写方法吗?
方式二：（改进）
根据依赖倒置原则进行案例优化
将接受消息的方法提取;变为接口GetMes;
这样,即使需要接受别的消息,也不用在Person类中再去增加方法;
public class DependenceInversion02 {
public static void main(String[] args) {
Person person=new Person();
person.getMes(new QQ());
person.getMes(new Message());
}
}
//接收消息的接口;
interface GetMes{
//看看收到的消息;
String show();
}
//短信类;
class Message implements GetMes{
public String show(){
return "收到短信了";
}
}
//QQ消息;
class QQ implements GetMes{
public String show(){
return "收到QQ消息了";
}
}
//具体的人;
class Person{
//接收消息;
public void getMes(GetMes getMes){
System.out.println(getMes.show());
}
}
关于依赖倒置原则中的依赖关系传递三种方式;
接口传递 ;构造方法传递 ;setter方法传递
4、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
4）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。
应用实例
看个程序，思考下问题和解决思路
方式一：
public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println("1 - 2 = " + a.func1(1, 2));
System.out.println("---------------------");
B b = new B();
System.out.println("1 - 2 = " + b.func1(1,2));//这里本意是求出 1-2
System.out.println("1 - 2 + 9 = " + b.func2(1,2));
}
}
class A{
//返回两个数的差
public int func1(int a, int b){
return a - b;
}
}
class B extends A {
@Override
//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;
}
//增加了一个新功能，完成两个数相加，然后和9求和
public int func2(int a, int b){
return func1(a,b) + 9;
}
}
问题分析
1）我们发现原来运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类 B 无意中重写了父类的方法，造成原有功能出现错误。在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的尚硅谷 Java 设计模式复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候
2）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。
3）改进方案 (创建一个更加基础的基类,都继承这个类)
public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println("1 - 2 = " + a.func1(1, 2));
System.out.println("---------------------");
B b = new B();
System.out.println("1 + 2 = " + b.func1(1,2));
System.out.println("1 + 2 + 9 = " + b.func2(1,2));
System.out.println("1 - 2 = " + b.func3(1,2));
}
}
//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
}
class A extends Base {
//返回两个数的差
public int func1(int a, int b){
return a - b;
}
}
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);
}
}
5、开闭原则(OCP)
注意：
1）开闭原则是编程中最基础、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。
应用实例
看一个画图形的功能
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());
}
}
//这是一个用于绘图的类 【使用方】
class GraphicEditor{
public void drawShape(Shape shape){
if(shape.my_tape == 1){
drawRectangle(shape);
}else if(shape.my_tape == 2){
drawCircle(shape);
}else if(shape.my_tape == 3){
drawTriangle(shape);
}
}
//绘制矩形
public void drawRectangle(Shape r){
System.out.println("矩形");
}
//绘制圆
public void drawCircle(Shape r){
System.out.println("圆");
}
//绘制三角形
public void drawTriangle(Shape r){
System.out.println("三角形");
}
}
class Shape{
int my_tape;
}
class Rectangle extends Shape {
Rectangle(){
super.my_tape = 1;
}
}
class Circle extends Shape {
Circle(){
super.my_tape = 2;
}
}
//新增画三角形
class Triangle extends Shape {
Triangle(){
super.my_tape = 3;
}
}
问题分析
1）优点是比较好理解，简单易操作。
2）缺点是违反了设计模式的 ocp 原则，即对扩展开放(提供方)，对修改关闭(使用方)。即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。
3）比如我们这时要新增加一个图形种类三角形，我们需要修改的地方较多
改进
思路：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改 —> 满足了开闭原则
public class OCP {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
}
}
class GraphicEditor{
public void drawShape(Shape shape){
shape.show();
}
}
//Shape 类，基类
abstract class Shape{
//提供一个抽象的方法
public abstract void show();
}
class Rectangle extends Shape {
@Override
public void show() {
System.out.println("矩形");
}
}
class Circle extends Shape {
@Override
public void show() {
System.out.println("圆");
}
}
//新增三角形
class Triangle extends Shape {
@Override
public void show() {
System.out.println("三角形");
}
}
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。
应用实例
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
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();
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;
}
}
//学校员工管理类，包括学院员工和学校总部员工
//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<Employee> getAllEmployee() {
List<Employee> 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) {
//获取到学院员工
List<CollegeEmployee> 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<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("------------学校总部员工------------");
for (Employee e : list2) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
问题分析
这里的 CollegeEmployee 不是 SchoolManager的直接朋友，CollegeEmployee 以局部变量方式出现在 SchoolManager中，违反了 迪米特法则。
改进
//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++) { //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;
}
public void print(){
List<CollegeEmployee> list1 = getAllEmployee();
System.out.println("------------学院员工------------");
for (CollegeEmployee e : list1) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
//学校员工管理类，包括学院员工和学校总部员工
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) {
//打印学院员工
sub.print();
//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());
}
}
7. 合成复用原则
这个总的来说就是尽量不要使用继承关系
如果说仅仅是让类B去使用类A的方法,这时使用继承,会让A类和B类之间的耦合性增强
方式1:
让类B去依赖类A;在B类中使用A类作为方法的参数
方式2:
把A类聚合到B类中使用
方式3:
把A类组合到B类中
