java开发中的23中设计模式
目录
前言
一、设计模式是什么？
1. 设计模式的概念
2. 设计模式的优点
3. 如何正确使用设计模式
二、设计模式的原则
1. 开闭原则
2. 里氏替换原则
3. 依赖倒置原则
4. 单一职责原则
5. 接口隔离原则
6. 迪米特原则
7. 合成复用原则
三、设计模式的分类
1. 创建型模式
2. 结构型模式
3. 行为型模式
总结
前言
在开发过程必然不可缺少设计模式的参与，它可以使我们代码更加简洁、易懂、可读性强，下面让我们一起去了解下具体内容
一、设计模式是什么？
1. 设计模式的概念
软件设计模式（Software Design Pattern），又称设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。它描述了在软件设计过程中的一些不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案。也就是说，它是解决特定问题的一系列套路，是前辈们的代码设计经验的总结，具有一定的普遍性，可以反复使用。其目的是为了提高代码的可重用性、代码的可读性和代码的可靠性。
2. 设计模式的优点
- 可以提高程序员的思维能力、编程能力和设计能力
- 使程序设计更加标准化、代码编制更加工程化，使软件开发效率大大提高，从而缩短软件的开发周期
- 使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性强
3. 如何正确使用设计模式
设计模式不是为每个人准备的，而是基于业务来选择设计模式，需要时就能想到它。要明白一点，技术永远为业务服务，技术只是满足业务需要的一个工具。我们需要掌握每种设计模式的应用场景、特征、优缺点，以及每种设计模式的关联关系，这样就能够很好地满足日常业务的需要。
许多设计模式的功能类似，界限不是特别清楚（为了能让大家更好的理解，每个章节后面都列出了类似功能设计模式之间的对比）。大家不要疑惑，设计模式不是为了特定场景而生的，而是为了让大家可以更好和更快地开发。
设计模式只是实现了七大设计原则的具体方式，套用太多设计模式只会陷入模式套路陷阱，最后代码写的凌乱不堪。
在实际工作中很少会规定必须使用哪种设计模式，这样只会限制别人。不能为了使用设计模式而去做架构，而是有了做架构的需求后，发现它符合某一类设计模式的结构，在将两者结合。
设计模式要活学活用，不要生搬硬套。想要游刃有余地使用设计模式，需要打下牢固的程序设计语言基础、夯实自己的编程思想、积累大量的时间经验、提高开发能力。目的都是让程序低耦合，高复用，高内聚，易扩展，易维护。
二、设计模式的原则
1. 开闭原则
开闭原则的定义
当应用的需求改变时，在不修改软件实体的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。
开闭原则的作用
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
- 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；
- 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；
- 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；
开闭原则的实现方法
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。
2. 里氏替换原则
里氏替换原则的定义
里氏替换原则主要阐述了有关继承的一些原则，也就是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。
里氏替换原则的作用
- 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一；
- 它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点；
- 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；
- 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；
里氏替换原则的实现方法
里氏替换原则通俗来讲就是：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
- 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；
- 子类中可以增加自己特有的方法；
- 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；
- 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；
3. 依赖倒置原则
依赖倒置原则的定义
依赖倒置原则的原始定义为：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。
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。
依赖倒置原则的作用
- 依赖倒置原则可以降低类间的耦合性；
- 依赖倒置原则可以提高系统的稳定性；
- 依赖倒置原则可以减少并行开发引起的风险；
- 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。
- 每个类尽量提供接口或抽象类，或者两者都具备。
- 变量的声明类型尽量是接口或者是抽象类。
- 任何类都不应该从具体类派生。
- 使用继承时尽量遵循里氏替换原则。
4. 单一职责原则
单一职责原则的定义
单一职责原则又称单一功能原则，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。
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：
- 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；
- 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；
单一职责原则的作用
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。
- 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。
- 提高类的可读性。复杂性降低，自然其可读性会提高。
- 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。
单一职责原则的实现方法
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。下面以大学学生工作管理程序为例介绍单一职责原则的应用。
【例1】大学学生工作管理程序。
分析：大学学生工作主要包括学生生活辅导和学生学业指导两个方面的工作，其中生活辅导主要包括班委建设、出勤统计、心理辅导、费用催缴、班级管理等工作，学业指导主要包括专业引导、学习辅导、科研指导、学习总结等工作。如果将这些工作交给一位老师负责显然不合理，正确的做 法是生活辅导由辅导员负责，学业指导由学业导师负责，
5. 接口隔离原则
接口隔离原则的定义
接口隔离原则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。
2002 年罗伯特·C.马丁给“接口隔离原则”的定义是：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。
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
- 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；
- 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；
接口隔离原则的作用
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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
6. 迪米特原则
迪米特原则的定义
迪米特法则又叫作最少知识原则（Least Knowledge Principle，LKP)，产生于 1987 年美国东北大学（Northeastern University）的一个名为迪米特（Demeter）的研究项目，由伊恩·荷兰（Ian Holland）提出，被 UML 创始者之一的布奇（Booch）普及，后来又因为在经典著作《程序员修炼之道》（The Pragmatic Programmer）提及而广为人知。
迪米特法则的定义是：只与你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。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。
迪米特原则的优点
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。
迪米特原则的实现方法
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。
【例】明星与经纪人的关系实例。
分析：明星由于全身心投入艺术，所以许多日常事务由经纪人负责处理，如与粉丝的见面会，与媒体公司的业务洽淡等。这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则，其下图所示：
7. 合成复用原则
合成复用原则的定义
合成复用原则（Composite Reuse Principle，CRP）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。
合成复用原则的作用
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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
合成复用原则的实现方法
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。
三、设计模式的分类
总体来说设计模式分为三大类：
创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。
结构型模式，共七种：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。
行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、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。
1. 创建型模式
创建型模式详解点击跳转链接
2. 结构型模式
结构型模式详解
3. 行为型模式
行为型模式详解
总结
我们一共介绍了 7 种设计原则，它们分别为开闭原则、里氏替换原则、依赖倒置原则、单一职责原则、接口隔离原则、迪米特法则和合成复用原则。
这 7 种设计原则是软件设计模式必须尽量遵循的原则，是设计模式的基础。在实际开发过程中，并不是一定要求所有代码都遵循设计原则，而是要综合考虑人力、时间、成本、质量，不刻意追求完美，要在适当的场景遵循设计原则。这体现的是一种平衡取舍，可以帮助我们设计出更加优雅的代码结构。
各种原则要求的侧重点不同，下面我们分别用一句话归纳总结软件设计模式的七大原则，如下表所示。
| 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 |
实际上，这些原则的目的只有一个：降低对象之间的耦合，增加程序的可复用性、可扩展性和可维护性。
记忆口诀：访问加限制，函数要节俭，依赖不允许，动态加接口，父类要抽象，扩展不更改。
在程序设计时，我们应该将程序功能最小化，每个类只干一件事。若有类似功能基础之上添加新功能，则要合理使用继承。对于多方法的调用，要会运用接口，同时合理设置接口功能与数量。最后类与类之间做到低耦合高内聚。