设计模式 | 第1章 设计模式的七大原则
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前言
资料来源：B站，尚硅谷Java设计模式；
1. 单一职责原则 Single Responsibility Principle
1.1 基本介绍
- 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；
1.2 单一职责原则注意事项和细节
- 降低类的复杂度，一个类只负责一项职责；
- 提高类的可读性，可维护性；
- 降低变更引起的风险；
- 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；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；
1.3 一个示例
public class SingleResponsibility2 {
public static void main(String[] args) {
RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
roadVehicle.run("摩托车");
roadVehicle.run("汽车");
AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
airVehicle.run("飞机");
}
}
//方案分析
//1. 遵守单一职责原则
//2. 但是这样做的改动很大，即将类分解，同时修改客户端
//3. 改进：直接修改Vehicle 类，改动的代码会比较少 => 方法级别保持单一
class RoadVehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "公路运行");
}
}
class AirVehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "天空运行");
}
}
class WaterVehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "水中运行");
}
}
图解：
- 原：只有
Vehicle类，让飞机在“公路运行”违反单一原则； - 现：将
Vehicle类拆分成三个类，各司其职；
2. 接口隔离原则 Interface Segregation Principle
2.1 基本介绍
- 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；
2.2 图解
- 类A通过接口Interface1依赖类B，类C通过接口Interface1依赖类D，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；
- 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；
2.3 一个示例
public class Segregation1 {
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();
}
}
图解：
- 客户端在定义
dependX()方法时设置参数为接口类型，调用时传递接口的实现类作为参数； - 接口间互不影响，是最小接口，实现相互隔离；
3. 依赖倒转(倒置)原则 Dependence Inversion Principle
3.1 基本介绍
- 高层模块不应该依赖低层模块，二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；
- 依赖倒转(倒置)的中心思想是面向接口编程；
- 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；
- 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；
3.2 依赖关系传递的三种方式及示例
示例解析：将ITV接口的play()方法传递给IOpenAndClose接口的实现类OpenAndClose；
- 接口传递；
- 构造器传递；
- Setter方法传递；
3.2.1 接口传递
//方式1: 通过接口传递实现依赖
//开关的接口
interface IOpenAndClose {
public void open(ITV tv); //抽象方法,接收接口
}
//ITV接口
interface ITV {
public void play();
}
//实现接口[使用方]
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
@Override
public void open(ITV tv) {
tv.play();
}
}
3.2.2 构造方法传递
//方式2: 通过构造方法依赖传递
interface IOpenAndClose {
public void open(); //抽象方法
}
//ITV接口
interface ITV {
public void play();
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
public ITV tv; //成员
public OpenAndClose(ITV tv) { //构造器
this.tv = tv;
}
public void open() {
this.tv.play();
}
}
3.2.3 Setter方法传递
// 方式3: 通过setter方法传递
interface IOpenAndClose {
public void open(); // 抽象方法
public void setTv(ITV tv);
}
// ITV接口
interface ITV {
public void play();
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
private ITV tv;
public void setTv(ITV tv) {
this.tv = tv;
}
public void open() {
this.tv.play();
}
}
3.2.4 调用上述方法
public class DependencyPass {
public static void main(String[] args) {
ChangHong changHong = new ChangHong();
//通过接口进行依赖传递
OpenAndClose openAndClose1 = new OpenAndClose();
openAndClose1.open(changHong); //传递接口
//通过构造器进行依赖传递
OpenAndClose openAndClose2 = new OpenAndClose(changHong); //传递接口
openAndClose2.open();
//通过setter方法进行依赖传递
OpenAndClose openAndClose3 = new OpenAndClose();
openAndClose3.setTv(changHong); //传递接口
openAndClose3.open();
}
}
class ChangHong implements ITV {
@Override
public void play() {
System.out.println("长虹电视机，打开");
}
}
3.3 依赖倒转原则的注意事项和细节
- 低层模块尽量都要有抽象类或接口，或者两者都有，程序稳定性更好；
- 变量的声明类型尽量是抽象类或接口，这样我们的变量引用和实际对象间，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和优化；
- 继承时遵循里氏替换原则；
4. 里氏替换原则 Liskov Substitution Principle
4.1 OO中的继承性的思考和说明
- 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；
- 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；
- 问题提出：在编程中，如何正确的使用继承？答：里氏替换原则；
4.2 基本介绍
- 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)在1988年，由麻省理工学院的以为姓里
的女士提出的； - 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；
- 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的方法；
- 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；
4.3 解决方法
- 通用的做法是：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；
4.4 一个示例
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("-----------------------");
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("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
//使用组合仍然可以使用到A类相关方法
System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));// 这里本意是求出11-3
}
}
//基类，可以把更加基础的方法和成员写到Base类
class Base {
}
//A类
class A extends Base {
//返回两个数的差
public int func1(int num1, int num2) {
return num1 - num2;
}
}
//B类
class B extends Base {
//如果B需要使用A类的方法,使用组合关系
private A a = new A();
//这里重写了A类的方法, 可能是无意识
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b) {
return func1(a, b) + 9;
}
//我们仍然想使用A的方法
public int func3(int a, int b) {
return this.a.func1(a, b);
}
}
图解：
- 原：B类继承A类，B类重写A类的
func1()方法，在调用func1()时容易引起歧义； - 现：B类和A类共同继承一个Base基类，B类可以通过组合的方式使用A类的方法；
5. 开闭原则 Open Closed Principle
5.1 基本介绍
- 开闭原则（Open Closed Principle）是编程中最基础、最重要的设计原则；
- 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；
- 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；
- 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；
5.2 一个示例
public class Ocp {
public static void main(String[] args) {
//模拟客户端逻辑
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
}
}
//用于绘图的类 [使用方]
class GraphicEditor {
//接收Shape对象，调用draw方法
public void drawShape(Shape s) {
s.draw();
}
}
//Shape类，基类
abstract class Shape {
int m_type;
public abstract void draw();//抽象方法
}
//矩形
class Rectangle extends Shape {
Rectangle() {
super.m_type = 1;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println(" 绘制矩形 ");
}
}
//新增圆形
class Circle extends Shape {
Circle() {
super.m_type = 2;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println(" 绘制圆形 ");
}
}
图解：
- 原：在使用方GraphicEditor类里通过
if-else方式判断m_type的属性，调用drawXxx()方法。这样在新增图形时要修改if-else判断和新增drawXxx()方法； - 现：将
drawXxx()方法下放到图形，在新增图形时，使用方GraphicEditor类不用做任何修改； - 有点类似于依赖倒转原则的接口传递依赖，只不过这里的
drawShape()方法使用超类Shape作为参数。而这两种方式在进行扩展时都不需要对使用方进行更改；
6. 迪米特法则 Demeter Principle
6.1 基本介绍
- 一个对象应该对其他对象保持最少的了解；
- 类与类关系越密切，耦合度越大；
- 迪米特法则(Demeter Principle)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；
- 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；
6.2 迪米特法则注意事项和细节
- 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；
6.3 一个示例
要求：调用schoolManager类里的printAllEmployee()方法能把学院和学校总部的员工信息都输出；
public class Demeter1 {
public static void main(String[] args) {
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;
}
}
//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() {
List<CollegeEmployee> list1 = getAllEmployee();
System.out.println("------------学院员工------------");
for (CollegeEmployee e : list1) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
//学校员工的管理类
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) {
//将输出学院的员工方法，封装到CollegeManager，即可直接调用printEmployee()方法
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());
}
}
}
图解：
- 原：
sub.printEmployee()的实现逻辑在SchoolManager管理类里； - 现：该方法的实现在CollegeManager管理类里，SchoolManager不必知道CollegeManager的实现逻辑；
7. 合成复用原则 Composite Reuse Principle
7.1 基本介绍
- 合成复用原则（Composite Reuse Principle）是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承；
8. 设计原则核心思想
- 找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起；
- 针对接口编程，而不是针对实现编程；
- 为了交互对象之间的松耦合设计而努力；
最后
