设计模式的分类及七大原则

一、分类

1.1、创建型模式（五种）

工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式、单例模式、原型模式。

除了工厂方法模式属于类创建型模式，其他的全部属于对象创建型模式

• 类创建型模式：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，从而使一个类的实例化延迟到子类，给子类带来灵活性（采用继承机制创建具体对象）
• 对象创建型模式：将对象的部分创建工作延迟到另一个对象中（采用组合或聚合创建具体对象）

1.2、结构型模式（七种）

适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

除了适配器模式分为类结构型模式和对象结构型模式两种，其他的全部属于对象结构型模式

• 类结构型模式：采用继承机制来组织接口和类
• 对象结构型模式：釆用组合或聚合来组合对象

1.3、行为型模式（十一种）

策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代器模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

除了模板方法模式和解释器模式是类行为型模式，其他的全部属于对象行为型模式

• 类行为型模式：采用继承机制在类间分派行为
• 对象行为型模式：采用组合或聚合在对象间分配行为

二、七大原则

2.1、开闭原则（Open Closed Principle，OCP）

2.1.1、定义

总原则，软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。当应用的需求改变时，在不修改源代码或者二进制代码的前提下，可以扩展模块的功能，使其满足新的需求。

这里的软件实体包括以下几个部分：

1. 项目中划分出的模块
2. 类与接口
3. 方法

2.1.2、作用

开闭原则是面向对象程序设计的终极目标，它使软件实体拥有一定的适应性和灵活性的同时具备稳定性和延续性。具体来说，其作用如下：

1. 对软件测试的影响
   软件测试时只需要对扩展的代码进行测试，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。

2.2、单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）

2.2.1、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。其核心就是控制类的粒度大小、将对象解耦、提高其内聚性。

该原则提出对象不应该承担太多职责，如果一个对象承担了太多的职责，至少存在以下两个缺点：

1. 一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类实现其他职责的能力；
2. 当客户端需要该对象的某一个职责时，不得不将其他不需要的职责全都包含进来，从而造成冗余代码或代码的浪费。

2.2.2、作用

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。
4. 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。

2.3、里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）

2.3.1、定义

继承必须确保超类（父类）所拥有的属性和方法，子类也拥有。通俗来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能；也就是说：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

• 里氏替换原则主要阐述了有关继承的一些原则，什么时候应该使用继承，什么时候不应该使用继承，以及其中蕴含的原理。
• 里氏替换原则是继承复用的基础，它反映了基类与子类之间的关系，是对开闭原则的补充，是对实现抽象化的具体步骤的规范。

2.3.2、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bug，降低了代码出错的可能性。

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

2.4.1、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。依赖倒置原则是实现开闭原则的重要途径之一，它降低了客户与实现模块之间的耦合。

由于在软件设计中，细节具有多变性，而抽象层则相对稳定，因此以抽象为基础搭建起来的架构要比以细节为基础搭建起来的架构要稳定得多。这里的抽象指的是接口或者抽象类，而细节是指具体的实现类。使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约，而不去涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给它们的实现类去完成。

2.4.2、作用

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

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

2.5.1、定义

要求程序员尽量将臃肿庞大的接口拆分成更小的和更具体的接口，让接口中只包含客户感兴趣的方法。也就是一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上

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。

2.5.2、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。

2.6、迪米特法则（Law of Demeter，LoD）

2.6.1、定义

又叫作最少知识原则（Least Knowledge Principle，LKP)。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。

迪米特法则中的“朋友”是指：当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。

2.6.2、作用

1. 迪米特法则要求限制软件实体之间通信的宽度和深度
2. 降低了类之间的耦合度，提高了模块的相对独立性。
3. 由于耦合度降低，从而提高了类的可复用率和系统的扩展性。

注意：

1. 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。
2. 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。

2.7、合成复用原则（Composite Reuse Principle，CRP）

2.7.1、定义

又叫组合/聚合复用原则（Composition/Aggregate Reuse Principle，CARP）。它要求在软件复用时，要尽量优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。

2.7.2、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. 新旧类之间的耦合度低。这种复用所需的依赖较少，新对象存取成员对象的唯一方法是通过成员对象的接口。
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员对象类型相同的对象。