Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)

1. 开闭原则

核心思想:一个对象对外扩展开发,对修改关闭

意思就是:对类的改动是通过增加代码进行的,而不是修改现有的代码。
也就是说软件开发人员一旦写出了可以运行的代码,就不应该去改动它,而是要保证它能一直运行下去,这就需要借助抽象和多态,即 把可能变化的内容抽象出来,从而使抽象的部分是相对稳定的,而具体的实现则是可以改变和扩展的。

示例:搜狗输入法换肤

Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)_第1张图片

代码实现:
public abstract class AbstractSkin {
//  声明抽象方法
    public abstract void display();
}
========================================
public class DefaultSpecificSkin extends AbstractSkin{
//  实现抽象方法
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("使用默认皮肤");
    }
}
========================================
public class MySpecificSkin extends AbstractSkin {
//  实现抽象方法
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("使用自定义皮肤");
    }
}
========================================
public class SouGouInput {
    private AbstractSkin skin;
//  获得皮肤
    SouGouInput(AbstractSkin skin) {
        this.skin = skin;
    }
    public void display() {
        skin.display();
    }
}
========================================
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
//        使用默认皮肤
        DefaultSpecificSkin skin = new DefaultSpecificSkin();
//        使用自定义皮肤
        MySpecificSkin skinToMe = new MySpecificSkin();
//        加载皮肤
        SouGouInput input1 = new SouGouInput(skin);
        SouGouInput input2 = new SouGouInput(skinToMe);
        input1.display();
        input2.display();
    }
}
2. 里氏代换原则

核心思想:在任何 父类 出现的地方都可以用它的 子类 来替代

通俗理解:子类可以扩展父类的功能,但不能改变父类原有的功能。换句话说,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。
如果通过重写父类的方法来完成新的功能,这样写起来虽然简单,但是整个继承体系的可复用性会比较差,特别是运用多态比较频繁时,程序运行出错的概率会非常大。

示例:正方形继承长方形
Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)_第2张图片
上图中,+ resize(Rectangle rectangle):void 具体方法如下:

public void resize(Rectangle rectangle) {
//      判断如果宽比长小,进行拓宽处理
    while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {
        rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
    }
}

由图可知,该结构弊端在于,若子类为正方形,且重写的方法为将宽和高设置为相等,若调用resize(Rectangle rectangle)方法,则将陷入死循环,因此父类不能用子类来代替,不满足里氏代换法则

改进方式:不采取继承,采用共有方法调用共同接口,独有方法调用独有对象
Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)_第3张图片

代码实现:
//方形接口
public interface Quadrilateral {
    public double getLength();
    public double getWidth();
}
============================================
//正方形
public class Square implements Quadrilateral{

    private double side;

    public double getSide() {
        return side;
    }

    public void setSide(double side) {
        this.side = side;
    }

    @Override
    public double getLength() {
        return side;
    }

    @Override
    public double getWidth() {
        return side;
    }
}
============================================
//长方形
public class Rectangle implements Quadrilateral{

    private double length;
    private double width;

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }

    @Override
    public double getLength() {
        return length;
    }

    @Override
    public double getWidth() {
        return width;
    }
}
============================================
//方形案例
public class RectangleDemo {

    /*
    * 进行拓宽处理,针对长方形
    * */
    public void resize(Rectangle rectangle) {
//      判断如果宽比长小,进行拓宽处理
        while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
        }
    }

    /*
    * 长宽打印,针对所有图形
    * */
    public void printLengthAndWidth(Quadrilateral quadrilateral) {
        System.out.println("长:" + quadrilateral.getLength());
        System.out.println("宽:" + quadrilateral.getWidth());
    }
}

printLengthAndWidth()方法针对的是所有图形,所以参数为方形接口
resize()方法针对的是长方形,所以参数只为长方形对象
所以由案例可以发现,若实在要重写父类方法,可以采用接口实现的方式

3. 依赖倒转原则

核心思想:高层模块不应该依赖底层模块,两者都应该依赖其抽象;抽象不应该依赖细节(抽象类或者接口不用实现具体的操作方法),细节应该依赖抽象(实现类应该要依据抽象方法具体实现操作)

面向接口编程,使用接口或抽象类制定好规范,把涉及具体的操作任务交给他们的实现类去完成
简单来说,即要求对抽象进行编程,不要对实现进行编程,降低模块间的耦合

示例:组装电脑

现要组装一台电脑,需要配件CPU、硬盘、内存条,普通设计模式为:
Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)_第4张图片

可以看到组件与电脑耦合性很高,如果要换CPU、硬盘、内存条,则Computer对象中也要进行代码更改,不符合开闭原则

改进方法:
Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)_第5张图片

可以看到Computer对象内部组合的是接口,这样若想更换电脑组价,只需要实现该组件接口就行

4. 接口隔离原则

核心思想:客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法;一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上

简单来讲,若一个类继承另一个类或实现一个接口,则父类的方法必定全部被继承或该接口所有方法需要全部实现,那么就会出现对于子类来说多余的不使用的方法;
对于接口的功能设计应该是可以进行隔离的,即按照需要实现相应接口的功能

示例:安全门

需要创建一个品牌安全门,该安全门具有防火、防水、防盗的功能。可以将防火、防水、防盗功能提取成一个接口,形成一套规范,如下图:
Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)_第6张图片

上面设计存在的问题在于,若创建另外一个品牌,且只需要防水、防盗功能,若实现SafetyDoor接口则违背了接口隔离原则

改进方法:
Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)_第7张图片

将接口功能隔离,不同安全门按照需要实现相应接口

5. 最少知道原则

核心思想:一个对象应该对其他对象保持最少的了解,降低耦合

又叫迪米特法则。
即一个类对自己依赖的类知道的越少越好(耦合性越低)。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,我们称出现在成员变量,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。

示例:明星与经纪人的关系

明星由于投入艺术,所以许多日常事务由经纪人负责,如和粉丝见面会,和媒体公司的业务洽谈等。这里的经纪人是明星的朋友,而粉丝和媒体公司是陌生人,所以适合使用最少知道原则。
Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)_第8张图片

6. 合成复用原则

核心思想: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
关于关系的详细说明,可以看 Java设计模式之UML类图( 类的表示方法,一般关联关系,聚合关系,组合关系,依赖关系,继承关系,实现关系)

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。因为成员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. 对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。
  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员对象类型相同的对象。

示例:汽车分类管理程序

汽车按"动力源"划分可分为汽油汽车、电动汽车等;按"颜色"划分可分为白色汽车、黑色汽车和红色汽车等。如果同时考虑这两种,其组合就很多。如图:
Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)_第9张图片
改进方法:如上图所知,若使用继承复用会产生很多子类,如果又有新的动力源或者新的颜色,就需要再定义许多新的类,所以可以根据特性改为聚合复用方式,如下图:
Java设计模式之设计的6大原则(开闭原则,里氏代换原则,依赖倒转原则,接口隔离原则,最少知道原则,合成复用原则)_第10张图片

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