设计模式六大原则

设计模式六大原则：

一、单一职责原则（Single Responsibility Principle）

定义：一个类只负责一个功能领域中的相应职责，或者可以定义为：就一个类而言，应该只有一个引起它变化的原因。

**问题由来：**类T负责两个不同的职责：职责P1，职责P2。当由于职责P1需求发生改变而需要修改类T时，有可能会导致原本运行正常的职责P2功能发生故障。

1、单一职责原则，实现类要职责单一；

2、里氏替换原则，不要破坏继承体系；

3、依赖倒置原则，要面向接口编程；

4、接口隔离原则，在设计接口的时候要精简单一；

5、迪米特原则，要降低耦合；

6、开闭原则，要对扩展开放，对修改关闭。

单一职责原的优点有：

1.可以降低类的复杂度，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的多；

2.提高类的可读性，提高系统的可维护性；

3.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的好，当修改一个功能时，可以显著降低对其他功能的影响。

二.开闭原则(Open-Closed Principle, OCP)

**定义：**一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。即软件实体应尽量在不修改原有代码的情况下进行扩展

**问题由来：**任何软件都需要面临一个很重要的问题，即它们的需求会随时间的推移而发生变化。因为变化，升级和维护等原因，如果需要对软件原有代码进行修改，可能会给旧代码引入错误，也有可能会使我们不得不对整个功能进行重构，并且需要原有代码经过重新测试，所以当软件需要变化时，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使我们需要的。

为了满足开闭原则，需要对系统进行抽象化设计，抽象化是开闭原则的关键。在Java、C#等编程语言中，可以为系统定义一个相对稳定的抽象层，而将不同的实现行为移至具体的实现层中完成。如果需要修改系统的行为，无须对抽象层进行任何改动，只需要增加新的具体类来实现新的业务功能即可，实现在不修改已有代码的基础上扩展系统的功能，达到开闭原则的要求。

为什么使用开闭原则：

第一：开闭原则非常有名，只要是面向对象编程，在开发时都会强调开闭原则

第二：开闭原则是最基础的设计原则，其它的五个设计原则都是开闭原则的具体形态，也就是说其它的五个设计原则是指导设计的工具和方法，而开闭原则才是其精神领袖。依照Java语言的称谓，开闭原则是抽象类，而其它的五个原则是具体的实现类。

第三：开闭原则可以提高复用性

在面向对象的设计中，所有的逻辑都是从原子逻辑组合而来，而不是在一个类中独立实现一套业务逻辑。只有这样的代码才可以复用，逻辑粒度越小，被复用的可能性越大。为什么要复用呢？复用可以减少代码的重复，避免相同的逻辑分散在多个角落，减少维护人员的工作量以及系统变化时产生bug的机会。怎么才能提高复用率呢？设计者需要缩小逻辑粒度，直到一个逻辑不可以分为止。

第四：开闭原则可以提高维护性

一款软件量产后，维护人员的工作不仅仅对数据进行维护，还可能要对程序进行扩展，维护人员最乐意的事是扩展一个类，而不是修改一个类。让维护人员读懂原有代码，再进行修改，是一件非常痛苦的事情，不要让他在原有的代码海洋中游荡后再修改，那是对维护人员的折磨和摧残。

第五：面向对象开发的要求

万物皆对象，我们要把所有的事物抽象成对象，然后针对对象进行操作，但是万物皆发展变化，有变化就要有策略去应对，怎么快速应对呢？这就需要在设计之初考虑到尽可能多变化的因素，然后留下接口，等待“可能”转变为“现实”。

如何使用开闭原则

第一：抽象约束
抽象是对一组事物的通用描述，没有具体的实现，也就表示它可以有非常多的可能性，可以跟随需求的变化而变化。因此，通过接口或抽象类可以约束一组可能变化的行为，并且能够实现对扩展开放，其包含三层含义：

1.通过接口或抽象类约束扩散，对扩展进行边界限定，不允许出现在接口或抽象类中不存在的public方法。

2.参数类型，引用对象尽量使用接口或抽象类，而不是实现类，这主要是实现里氏替换原则的一个要求

3.抽象层尽量保持稳定，一旦确定就不要修改

第二：元数据(metadata)控件模块行为

编程是一个很苦很累的活，那怎么才能减轻压力呢？答案是尽量使用元数据来控制程序的行为，减少重复开发。什么是元数据？用来描述环境和数据的数据，通俗的说就是配置参数，参数可以从文件中获得，也可以从数据库中获得。

第三：制定项目章程
在一个团队中，建立项目章程是非常重要的，因为章程是所有开发人员都必须遵守的约定，对项目来说，约定优于配置。这比通过接口或抽象类进行约束效率更高，而扩展性一点也没有减少

第四：封装变化

对变化封装包含两层含义：

(1)将相同的变化封装到一个接口或抽象类中

(2)将不同的变化封装到不同的接口或抽象类中，不应该有两个不同的变化出现在同一个接口或抽象类中。 封装变化，也就是受保护的变化，找出预计有变化或不稳定的点，我们为这些变化点创建稳定的接口。

三、里氏代换原则(Liskov Substitution Principle, LSP)

定义：里氏代换原则(Liskov Substitution Principle, LSP)：所有引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。

继承优点

代码共享，减少创建类的工作量，每个子类都拥有父类的方法和属性；提高代码的重用性；子类可以形似父类，但又异于父类；提高代码的可扩展性，实现父类的方法就可以“为所欲为”了;提高产品或项目的开放性。

继承缺点

继承是侵入性的。只要继承，就必须拥有父类的所有属性和方法；降低代码的灵活性。子类必须拥有父类的属性和方法；

增强了耦合性。当父类的常量、变量和方法被修改时，必需要考虑子类的修改，而且在缺乏规范的环境下，这种修改可能带来非常糟糕的结果；大片的代码需要重构。

克服继承的缺点——里氏替换原则

从整体上来看，利大于弊。

里氏代换原则告诉我们，在软件中将一个基类对象替换成它的子类对象，程序将不会产生任何错误和异常，反过来则不成立，如果一个软件实体使用的是一个子类对象的话，那么它不一定能够使用基类对象。例如：我喜欢动物，那我一定喜欢狗，因为狗是动物的子类；但是我喜欢狗，不能据此断定我喜欢动物，因为我并不喜欢老鼠，虽然它也是动物。

里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一，由于使用基类对象的地方都可以使用子类对象，因此在程序中尽量使用基类类型来对对象进行定义，而在运行时再确定其子类类型，用子类对象来替换父类对象。

在使用里氏代换原则时需要注意如下几个问题：

(1)子类的所有方法必须在父类中声明，或子类必须实现父类中声明的所有方法。根据里氏代换原则，为了保证系统的扩展性，在程序中通常使用父类来进行定义，如果一个方法只存在子类中，在父类中不提供相应的声明，则无法在以父类定义的对象中使用该方法。

(2) 我们在运用里氏代换原则时，尽量把父类设计为抽象类或者接口，让子类继承父类或实现父接口，并实现在父类中声明的方法，运行时，子类实例替换父类实例，我们可以很方便地扩展系统的功能，同时无须修改原有子类的代码，增加新的功能可以通过增加一个新的子类来实现。里氏代换原则是开闭原则的具体实现手段之一。

(3) Java语言中，在编译阶段，Java编译器会检查一个程序是否符合里氏代换原则，这是一个与实现无关的、纯语法意义上的检查，但Java编译器的检查是有局限的，里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一。在本实例中，在传递参数时使用基类对象，除此以外，在定义成员变量、定义局部变量、确定方法返回类型时都可使用里氏代换原则。针对基类编程，在程序运行时再确定具体子类。

四、依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle，DIP）

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。

依赖倒转原则要求我们在程序代码中传递参数时或在关联关系中，尽量引用层次高的抽象层类，即使用接口和抽象类进行变量类型声明、参数类型声明、方法返回类型声明，以及数据类型的转换等，而不要用具体类来做这些事情。为了确保该原则的应用，一个具体类应当只实现接口或抽象类中声明过的方法，而不要给出多余的方法，否则将无法调用到在子类中增加的新方法。

在引入抽象层后，系统将具有很好的灵活性，在程序中尽量使用抽象层进行编程，而将具体类写在配置文件中，这样一来，如果系统行为发生变化，只需要对抽象层进行扩展，并修改配置文件，而无须修改原有系统的源代码，在不修改的情况下来扩展系统的功能，满足开闭原则的要求。

在实现依赖倒转原则时，我们需要针对抽象层编程，而将具体类的对象通过依赖注入(DependencyInjection, DI)的方式注入到其他对象中，依赖注入是指当一个对象要与其他对象发生依赖关系时，通过抽象来注入所依赖的对象。常用的注入方式有三种，分别是：构造注入，设值注入（Setter注入）和接口注入。构造注入是指通过构造函数来传入具体类的对象，设值注入是指通过Setter方法来传入具体类的对象，而接口注入是指通过在接口中声明的业务方法来传入具体类的对象。这些方法在定义时使用的是抽象类型，在运行时再传入具体类型的对象，由子类对象来覆盖父类对象。

依赖倒置原则的作用

（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。

依赖倒置原则的实现方法

依赖倒置原则的目的是通过要面向接口的编程来降低类间的耦合性，所以我们在实际编程中只要遵循以下4点，就能在项目中满足这个规则。

（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

五、接口隔离原则(Interface Segregation Principle, ISP)

**定义：**使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口，即客户端不应该依赖那些它不需要的接口。

根据接口隔离原则，当一个接口太大时，我们需要将它分割成一些更细小的接口，使用该接口的客户端仅需知道与之相关的方法即可。每一个接口应该承担一种相对独立的角色，不干不该干的事，该干的事都要干。这里的“接口”往往有两种不同的含义：一种是指一个类型所具有的方法特征的集合，仅仅是一种逻辑上的抽象；另外一种是指某种语言具体的“接口”定义，有严格的定义和结构，比如Java语言中的interface。对于这两种不同的含义，ISP的表达方式以及含义都有所不同：

(1) 当把“接口”理解成一个类型所提供的所有方法特征的集合的时候，这就是一种逻辑上的概念，接口的划分将直接带来类型的划分。可以把接口理解成角色，一个接口只能代表一个角色，每个角色都有它特定的一个接口，此时，这个原则可以叫做“角色隔离原则”。

(2) 如果把“接口”理解成狭义的特定语言的接口，那么ISP表达的意思是指接口仅仅提供客户端需要的行为，客户端不需要的行为则隐藏起来，应当为客户端提供尽可能小的单独的接口，而不要提供大的总接口。在面向对象编程语言中，实现一个接口就需要实现该接口中定义的所有方法，因此大的总接口使用起来不一定很方便，为了使接口的职责单一，需要将大接口中的方法根据其职责不同分别放在不同的小接口中，以确保每个接口使用起来都较为方便，并都承担某一单一角色。接口应该尽量细化，同时接口中的方法应该尽量少，每个接口中只包含一个客户端（如子模块或业务逻辑类）所需的方法即可，这种机制也称为“定制服务”，即为不同的客户端提供宽窄不同的接口。

接口隔离原则和单一职责都是为了提高类的内聚性、降低它们之间的耦合性，体现了封装的思想，但两者是不同的：

（1）单一职责原则注重的是职责，而接口隔离原则注重的是对接口依赖的隔离。

（2）单一职责原则主要是约束类，它针对的是程序中的实现和细节；接口隔离原则主要约束接口，主要针对抽象和程序整体框架的构建。

接口隔离原则的优点

接口隔离原则是为了约束接口、降低类对接口的依赖性，遵循接口隔离原则有以下 5 个优点。

（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。

接口隔离原则的实现方法

在具体应用接口隔离原则时，应该根据以下几个规则来衡量。

（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。

在使用接口隔离原则时，我们需要注意控制接口的粒度，接口不能太小，如果太小会导致系统中接口泛滥，不利于维护；接口也不能太大，太大的接口将违背接口隔离原则，灵活性较差，使用起来很不方便。一般而言，接口中仅包含为某一类用户定制的方法即可，不应该强迫客户依赖于那些它们不用的方法。

六、迪米特法则(Law of Demeter, LoD)

**定义：**迪米特法则(Law of Demeter, LoD)：一个软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用。

迪米特法则（Law of Demeter，LoD）又叫作最少知识原则（Least Knowledge Principle，LKP)，

迪米特法则的优点

迪米特法则要求限制软件实体之间通信的宽度和深度，正确使用迪米特法则将有以下两个优点。

降低了类之间的耦合度，提高了模块的相对独立性。

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

迪米特法则的实现方法

从迪米特法则的定义和特点可知，它强调以下两点：

从依赖者的角度来说，只依赖应该依赖的对象。

从被依赖者的角度说，只暴露应该暴露的方法。

所以，在运用迪米特法则时要注意以下 6 点。

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。

在类的结构设计上，尽量降低类成员的访问权限。

在类的设计上，优先考虑将一个类设置成不变类。

在对其他类的引用上，将引用其他对象的次数降到最低。

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）。

谨慎使用序列化（Serializable）功能。

总结

单一职责原则告诉我们实现类要职责单一

里氏替换原则告诉我们不要破坏继承体系

依赖倒置原则告诉我们要面向接口编程

接口隔离原则告诉我们在设计接口的时候要精简单一

迪米特原则告诉我们要降低耦合

开闭原则是总纲，告诉我们要对扩展开放，对修改关闭