设计模式七大原则

设计模式的目的：编写软件过程中，程序员面临着来自耦合性，内聚性以及可维护性，可扩展性，重用性，灵活性等多方面的挑战，设计模式是为了让程序(软件)，具有更好的：

1、代码重用性：相同功能的代码，不用多次编写；

2、可读性：编程规范性,便于其他程序员的阅读和理解

3、可扩展性：当需要增加新的功能时，非常的方便，称为可维护；

4、可靠性：当我们增加新的功能后，对原来的功能没有影响；

5、使程序呈现高内聚，低耦合的特性。
下面我们来具体看一下，设计模式七大原则。

单一职责原则

对类来说的，即一个类应该只负责一项职责。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。

下面我们看一下具体的案例.

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.run("摩托车");
        vehicle.run("汽车");
        vehicle.run("飞机");
    }
}
// 交通工具类
// 问题：在run方法中，违反了单一职责原则
// 解决：根据交通工具的运行方法不同，分解成不同类即可
class Vehicle{
    public void run(String vehicleName){
        System.out.println(vehicleName + " 在公路上运行......");
    }
}
// 摩托车 在公路上运行......
// 汽车 在公路上运行......
// 飞机 在公路上运行......

我们不难发现，交通工具类的run方法不仅要管公路上跑的交通工具，还要管天上飞的交通工具。因此，我们需要对交通工具类的职责根据运行方式的不同进行拆分。

// 针对类进行修改
public class improved {

    public static void main(String[] args) {
        RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
        roadVehicle.run("摩托车");

        AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
        roadVehicle.run("飞机");
    }
}
// 改进后的方式，遵守单一职责原则
// 问题：改动很大，既对类进行拆解，同时还修改客户端
class RoadVehicle{
    public void run(String vehicleName){
        System.out.println(vehicleName + " 在公路上运行......");
    }
}

class AirVehicle{
    public void run(String vehicleName){
        System.out.println(vehicleName + " 在天空运行......");
    }
}

class WaterVehicle{
    public void run(String vehicleName){
        System.out.println(vehicleName + " 在水中运行......");
    }
}

针对方案二的解决方案是直接修改Vehicle类，这样改动的代码相对来说较少。

// 针对方法进行修改
public class FinalMethod {

    public static void main(String[] args) {
        VehicleImproved vehicle = new VehicleImproved();
        
        vehicle.runRoad("摩托车");
        vehicle.runAir("飞机");
        vehicle.runWater("船");
    }
}

class VehicleImproved{
    public void runRoad(String vehicleName){
        System.out.println(vehicleName + " 在公路上运行......");
    }
    public void runAir(String vehicleName){
        System.out.println(vehicleName + " 在天上运行......");
    }
    public void runWater(String vehicleName){
        System.out.println(vehicleName + " 在水中运行......");
    }
}

单一职责原则注意事项和细节：

1、降低类的复杂度，一个类只负责一项职责；

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；

5、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。

在我们上面交通工具案例中，仅有一个方法，所以我们在方法级别上改进，使得遵守单一职责原则。若是还有很多其他的方法和交通工具的种类相关，这时候我们就需要使用方案二在类的级别上遵守单一职责原则。

接口隔离原则

客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

如上图所示，

1、类A通过接口Interface1依赖类B，但是只会用到接口中的1，2，3三个方法；

2、类C通过接口Interface1依赖类D，但是只会用到接口中的1，4，5三个方法；

也就是说，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。

//接口
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");
	}
}
//A 类通过接口Interface1 依赖(使用) B类，但是只会用到1,2,3方法
class A { 
	public void depend1(Interface1 i) {
		i.operation1();
	}
	public void depend2(Interface1 i) {
		i.operation2();
	}
	public void depend3(Interface1 i) {
		i.operation3();
	}
}

//C 类通过接口Interface1 依赖(使用) D类，但是只会用到1,4,5方法
class C { 
	public void depend1(Interface1 i) {
		i.operation1();
	}
	public void depend4(Interface1 i) {
		i.operation4();
	}
	public void depend5(Interface1 i) {
		i.operation5();
	}
}

那么，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，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。

public class Segregation {
	public static void main(String[] args) {
		A a = new A();
		a.depend1(new B()); // A类通过接口去依赖B类
		a.depend2(new B());
		a.depend3(new B());

		C c = new C();

		c.depend1(new D()); // C类通过接口去依赖(使用)D类
		c.depend4(new D());
		c.depend5(new D());
	}
}

// 接口1
interface Interface1 {
	void operation1();

}

// 接口2
interface Interface2 {
	void operation2();

	void operation3();
}

// 接口3
interface Interface3 {
	void operation4();

	void operation5();
}

class B implements Interface1, Interface2 {
	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 D implements Interface1, Interface3 {
	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");
	}
}
// A 类通过接口Interface1,Interface2 依赖(使用) B类，但是只会用到1,2,3方法
class A { 
	public void depend1(Interface1 i) {
		i.operation1();
	}

	public void depend2(Interface2 i) {
		i.operation2();
	}

	public void depend3(Interface2 i) {
		i.operation3();
	}
}
// C 类通过接口Interface1,Interface3 依赖(使用) D类，但是只会用到1,4,5方法
class C { 
	public void depend1(Interface1 i) {
		i.operation1();
	}

	public void depend4(Interface3 i) {
		i.operation4();
	}

	public void depend5(Interface3 i) {
		i.operation5();
	}
}

依赖倒置原则

基本介绍

1、高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象；

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)的中心思想是面向接口编程；

4、依赖倒转原则是基于这样的设计理念：相对于细节的多变性，抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建的架构比以细节为基础的架构要稳定的多。在java中，抽象指的是接口或抽象类，细节就是具体的实现类；

5、使用接口或抽象类的目的是制定好规范，而不涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给他们的实现类去完成。

下面让我们来看一下具体的案例。

public class OriginalVersion {

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.receive(new Email());
    }
}
class Email{
    public String getInfo(){
        return "电子邮件信息：hello, world";
    }
}
// 1、实现简单
// 2、若是获取的是微信，QQ等消息，要增加类，同时Person也要增加相应的接受方法
// 3、解决：引入抽象的接口IReceiver，表示接受则会，这样Person类与接口IReceiver发生依赖
class Person{
    public void receive(Email email){
        System.out.println(email.getInfo());
    }
}

下面我们根据依赖倒置原则实现Person接受消息的功能。

public class Improved {
    public static void main(String[] args) {
        // 客户端不需要改变
        Person person = new Person();
        person.receive(new Wechat());
        person.receive(new Email());
    }
}

interface IReciever{
    String getInfo();
}

class Email implements IReciever{
    @Override
    public String getInfo() {
        return "电子邮件消息......";
    }
}

class Wechat implements IReciever{

    @Override
    public String getInfo() {
        return "微信消息......";
    }
}

class Person{
    public void receive(IReciever reciever){
        System.out.println(reciever.getInfo());
    }
}

里氏替换原则

面向对象编程中的关于继承性的思考和说明：

1、继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法，实际上是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵循这些契约，但是如果子类对这些已经实现的方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。

2、继承在给程序设计带来便利的同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性，程序的可移植性降低，增加对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承，则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障；

3、问题提出：在编程中，如何正确的使用继承? =>里氏替换原则

里氏替换原则基本介绍：
1、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；

2、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方法；

3、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。

public class liskov {

    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));

        System.out.println("-----------------------");
        B b = new B();
        System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3));//这里本意是求出11-3
        System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));// 1-8
        System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
    }
}

class A{
    public int func1(int num1, int num2){
        return num1- num2;
    }
}
// B类继承A类
// 增加一个新功能：完成两个数相加，然后和9求和
class B extends A{
    // 这里重写了A类得方法，可能是无意识的
    @Override
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 + num2;
    }

    public int func2(int a, int b){
        return func1(a, b) + 9;
    }
}

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，但整个继承体系的复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候。
通用的解决方法是：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。

public class Liskov {

    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));

        System.out.println("-----------------------");
        B b = new B();
        System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));//这里本意是求出11-3
        System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));// 1-8
        System.out.println("11-3+9=" + b.func2(11, 3));
    }
}

class Base{
    // 把更加基础得方法和成员写到Base类
}

class A extends Base{
    public int func1(int a, int b){
        return a - b;
    }
}

class B extends Base{
    private A obj = new A();
    public int func1(int a, int b){
        return a + b;
    }
    public int func2(int a, int b){
        return obj.func1(a, b) + 9;
    }
}

开闭原则

基本介绍
1、开闭原则（Open Closed Principle）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。

下面我们以具体得实例分析。

public class OpenClose {

    public static void main(String[] args) {
        GraphicEditor graphicEdirot = new GraphicEditor();

        graphicEdirot.drawShape(new Rectangle());
        graphicEdirot.drawShape(new Rectangle());
    }
}
class Shape{
    int m_type;
}

class Rectangle extends Shape{
    public Rectangle() {
        super.m_type = 1;
    }
}

class Circle extends Shape{
    public Circle(){
        super.m_type = 2;
    }
}
class GraphicEditor {
    public void drawShape(Shape shape){
        if (shape.m_type == 1)
            drawRectangle(shape);
        else if (shape.m_type == 2)
            drawCircle(shape);
    }

    public void drawRectangle(Shape shape){
        System.out.println("矩形");
    }
    public void drawCircle(Shape shape){
        System.out.println("圆形");
    }
}

上述实现方法得优点是比较好理解，简单易操作。但是，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.

比如我们这时要新增加一个图形种类三角形，我们需要做如下修改，修改的地方较多。

// 1.新增三角形
class Triangle extends Shape{
    public Triangle() {
        super.m_type = 3;
    }
}
// 2.修改图形绘制类
class GraphicEditor {
    public void drawShape(Shape shape){
        if (shape.m_type == 1)
            drawRectangle(shape);
        else if (shape.m_type == 2)
            drawCircle(shape);
        else if(shape.m_type == 3)
            drawTriangle(shape);
    }
    // 3.新增三角形绘制方法
    public void drawTriangle(Shape shape){
        System.out.println("三角形");
    }
}

针对上述问题的解决思路：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->满足了开闭原则。

public class OpenClose {

    public static void main(String[] args) {
        GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();

        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
    }
}

abstract class Shape{
    public abstract void draw();
}

class Rectangle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("矩形");
    }
}

class Circle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("圆形");
    }
}

class Triangle extends Shape {

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("三角形");
    }
}

class GraphicEditor {
    public void drawShape(Shape shape){
        shape.draw();
    }
}

迪米特法则

基本介绍
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(DemeterPrinciple)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。

现在我们看一下具体的案例：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。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Demeter {

    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;
    }
}


//学院的员工类
class CollegeEmployee {
    private String id;

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    public String getId() {
        return id;
    }
}


//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;
    }
}

//学校管理类

//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<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) {

        //分析问题
        //1. 这里的 CollegeEmployee 不是  SchoolManager的直接朋友
        //2. CollegeEmployee 是以局部变量方式出现在 SchoolManager
        //3. 违反了 迪米特法则

        //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());
        }
    }
}

前面设计的问题在于SchoolManager中，CollegeEmployee类并不是
SchoolManager类的直接朋友(分析)。按照迪米特法则，应该避免类中出现这样非直接朋友关系的耦合，下面对代码按照迪米特法则进行改进。

//1、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;
	}
	
	//输出学院员工的信息
	public void printEmployee() {
		//获取到学院员工
		List<CollegeEmployee> list1 = getAllEmployee();
		System.out.println("------------学院员工------------");
		for (CollegeEmployee e : list1) {
			System.out.println(e.getId());
		}
	}
}

// 2、修改SchoolManager
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) {
		
		//分析问题
		//1. 将输出学院的员工方法，封装到CollegeManager
		sub.printEmployee();
	
		//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());
		}
	}
}

迪米特法则的核心是降低类之间的耦合，但是注意：由于每个类都减少了不必要的依赖，因此迪米特法则只是要求降低类间(对象间)耦合关系，并不是要求完全没有依赖关系。