Java开发（七）大设计原则

目录

一、开闭原则（Open Closed Principle，OCP）

内涵

益处

实现方式

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

内涵

益处

实现方式

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

内涵

益处

实现方式

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

内涵

益处

实现方式 

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

内涵

益处

实现方式 

六、迪米特法则（Law of Demeter，LoD）

内涵

益处

实现方式 

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

内涵

益处

实现方式 

总结

---

 Java开发里面最核心的目标是“强内聚，弱耦合”，在这个核心目标下才产生了下面要介绍的7种原则，换句话说，这7种原则都是为了实现“强内聚弱耦合”的目标，在这7种原则往下又派生出23种设计模式（代理/策略/观察者...等），各种设计模式往下又派生出各种框架（Spring/SpringMVC...等），后面在一一介绍，这里先介绍7种原则。

一、开闭原则（Open Closed Principle，OCP）

• 内涵

对修改关闭，对扩展开放。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。

• 益处

1. 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；

2. 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；

3. 易于测试：遵守开闭原则，测试时只要对扩展的代码进行测试就可以了，因为原有代码仍然能够正常运行

• 实现方式

通过接口或者抽象类定义一个相对稳定的抽象层，而将相同的可变因素封装在具体实现类中。

因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。

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

• 内涵

继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立。换句话说，父类出现的地方，都可以用子类替换。

• 益处

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。

只有子类可以替换掉父类，系统还不受影响，父类才能真正被复用，而子类也能够在父类的基础上增加新的行为。

• 实现方式

里氏替换原则通俗来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不要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（用重写了父类方法的子类去替换父类，在遇到这个重写方法时执行的就是子类重写的这个而不是父类的，也就是说破坏了原来的功能）。

当然这里说的不能重写指的是父类的非抽象方法，父类的抽象方法是可以自己去实现的。

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。

具体的实现方式：

1、子类可以实现父类的抽象方法，但是不能覆盖父类的非抽象方法。

2、子类中可以增加自己特有的方法。

3、当子类重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松。

4、当子类实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格。

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

• 内涵

1. 是程序要依赖于抽象接口，不要依赖于具体实现，上层模块不应该依赖底层模块，它们都应该依赖于抽象。
2. 抽象不应该依赖细节。
3. 细节应该依赖抽象。

面向过程的开发，上层调用下层，上层依赖于下层，当下层剧烈变动时上层也要跟着变动，这就会导致模块的复用性降低而且大大提高了开发的成本。

面向对象的开发很好的解决了这个问题，一般情况下抽象的变化概率很小，让用户程序依赖于抽象，实现的细节也依赖于抽象。即使实现细节不断变动，只要抽象不变，客户程序就不需要变化。这大大降低了客户程序与实现细节的耦合度。

其核心思想是：是要面向接口编程，不要面向实现编程。

面向接口编程有啥好处？就好比是电脑，CPU、内存、硬盘、主板都是针对接口设计的，也就是定义好接口之后，任何一家厂商都可以生产对应的部件，最后组装起来就能工作。假如不针对接口设计，那么各模块之间就可能是耦合的，假如内存坏了，可能就不仅需要更换内存，可能连带着主板等都要更换。

关于DIP的内涵需要举例说明，不然这样一说还是不易理解。

我们看下面的例子：

public class Driver {

    public void drive(Geely geely) {
        System.out.println("老司机开始飙车....");
    }
}


public class Geely {

    public void run() {
        System.out.println("吉利汽车发动-->跑起来...");
    }
}


public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Driver carGod = new Driver();
        Geely geely = new Geely();
        carGod.drive(geely);
    }
}

 这里面有两个类 Driver 和 Geely，Driver依赖于Geely可以看成是上层模块，Geely是下层基础模块。这是很自然的一个依赖，但自然的未必是合适的，虽然也能实现功能。比如，现在车神carGod不想开吉利了，要开宝马了，怎么办？很显然不太容易实现，因为Driver 直接依赖 Geely 类，强耦合，Driver里面没有能够实现开宝马或其他车的功能。这显然不合理啊，一个车神却只能开吉利! 要是非要开宝马，那除了新增BMW类以外，还要修改Driver类，使它具有开宝马的功能。你肯定在想这也挺简单啊，也没做太多修改啊，那是这个例子代码逻辑很简单，假如Driver类很复杂，业务功能很丰富，这时你再修改肯定很费劲，你要全面梳理后才敢动手修改，修改后还要仔细测试一遍，不然bug会把你淹没。实际上这样做也不符合“开闭原则”。

那么怎么做更合理呢？其实之所以会有上面的问题主要是 Driver 和 Geely 两个类耦合性太强，要降低耦合度。可以分别在 Driver 和 Geely 类上抽象出 Idriver 和 ICar 接口，如下：

/**
 * @Author: Feng Ge
 * @Date:   2020年4月15日09:18:46 
 **/
public interface ICar {

    void run();

}

public class BMW implements ICar {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("宝马汽车发动-->跑起来...");
    }
}

public interface IDriver {

    void drive(ICar Car);

}

public class Driver implements IDriver{

    @Override
    public void drive(ICar car) {
        car.run();
        System.out.println("老司机开始飙车....");
    }
}


public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        IDriver carGod = new Driver();
        ICar car = new BMW();
        carGod.drive(car);
    }
}

• 益处

这样两者传递参数时是通过抽象接口来实现，比如Driver类里的drive（）方法之前传的是Geely类的对象，现在直接传它的上层接口引用（即接口传递，实际中还有构造方法传递和setter方法传递）。这样修改后，无论以后怎样扩展Client类，都不需要再修改Driver类了（实际情况中，代表高层模块的Driver类将负责完成主要的业务逻辑，一旦需要对它进行修改，引入错误的风险极大）。

依赖倒置原则还有一个很大的好处就是：支持多人并行开发，比如这里只需要定义好 ICar 和 IDriver 两个接口后就可以分别并行开发Driver 和 各种车的业务逻辑，且各自的单元测试也可以独立运行，各自互不影响，这在多人协作开发时很重要。

• 实现方式

1. 每个类尽量都有接口或者抽象类，或者抽象类和接口两者都具备
2. 变量的表面类型尽量是接口或者抽象类
3. 任何类都不应该从具体类派生
4. 使用继承时尽量遵循里氏替换原则

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

• 内涵

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。

主要针对有一个类T负责两个不同的职责：职责P1和职责P2。当因为职责P1的需求发生改变而需要修改类T的时候，有可能会导致原本运行正常的职责P2功能发生故障。

解决办法就是遵循单一职责原则，分别建立两个类T1、T2，使T1完成职责P1功能，T2完成职责P2功能。这样，当修改类T1的时候，不会使职责P2发生故障风险。

另一种通俗的解释就是像是工厂里的流水线一样，每个车间基本上只做一件事，所有车间组合起来就是一个生产流程。我们写程序的时候也可以这样，将一个类的功能细化一下争取做到一个类只做一件事。

举个接口违背单一原则的例子：

public interface IAnimal {
    public String getName();

    public void setName(String name);

    public Integer getAge();

    public void setAge(Integer age);

    public void save();

    public void delete();

    public void query();
}

 这个接口中，不仅管理着动物的基本信息，而且负责数据的持久化操作，一个接口的职责过多。这里是用接口举例，类也是一样。下面改成符合单一原则的代码如下：

public interface IAnimalInfo {
    public String getName();

    public void setName(String name);

    public Integer getAge();

    public void setAge(Integer age);
}


public interface IAnimalBehavior {

    public void save();

    public void delete();

    public void query();
}

• 益处

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，如单一职责原则遵守得好，当修改一个功能时，能显著降低对其他功能的影响。

• 实现方式 

重点是 职责的抽象 和 拆分。

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

• 内涵

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。

类间的依赖关系应该建立在最小的接口上。

接口中的方法应该尽量少，不要使接口过于臃肿，不要有很多不相关的逻辑方法。

有点类似于单一职责原则，都是功能尽可能的简单单一，不要冗余太多其他不相关的。

单一职责原则主要是类与方法，而接口隔离原则却是对接口而言的。

• 益处

　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。

• 实现方式 

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。

一个类被改变的原因不能超过一个，也就是说，一个类只有一个职责，如果职责过多，代码就会臃肿，可读性更差，也更难以维护。试想一个拥有很多方法的接口，所有实现它的类丢要实现这些方法，这个实现类就会变得很臃肿，而且实现的方法中有很多可能都用不到。

其实上单一职责原则和接口隔离原则有一定的关系，接口隔离以后，职责就单一了，实现这个接口的类的职责自然也就单一了。但是接口隔离关注的是抽象层，单一职责关注的是两者兼而有之，偏重于实现。

六、迪米特法则（Law of Demeter，LoD）

• 内涵

只与你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话。一个对象应该对其他对象有最少的了解。

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。

那么什么又是直接的朋友呢？出现在成员变量、方法的输入输出参数中的类就是直接的朋友。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。

public class Teacher {

    public void comment(GroupLeader groupLeader) {
        Student[] students = new Student[100];
        groupLeader.count(students);
    }
}

public class GroupLeader {

    public void count(Student [] students){
        System.out.println("统计人数： " + students.length);
    }
}

在这个例子中 Teatcher 类有两个朋友，一个是GroupLeader（Teatcher的方法参数），一个是Student（方法体中使用）。按照“直接朋友”的定义，只有GroupLeader是直接朋友。

但是 Teatcher 和非直接朋友 Student 也建立了联系，这就违反了迪米特法则，方法是类的行为，方法体中出现非直接朋友时就要警惕是否违反迪米特法则。

上面的代码可以这样来修改：

public class Teacher {

    public void comment(GroupLeader groupLeader) {
        groupLeader.count();
    }
}

public class GroupLeader {

    private Student[] students = new Student[100];

    public void count(){
        System.out.println("统计人数： " + this.students.length);
    }
}

这样修改后，每个类都只和直接的朋友交流，有效减少了类之间的耦合。

• 益处

• 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。

• 实现方式 

• 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：

1. 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。
2. 在类的结构设计上，尽量降低类成员的访问权限。
3. 在类的设计上，优先考虑将一个类设置成不变类。
4. 在对其他类的引用上，将引用其他对象的次数降到最低。
5. 不暴露类的属性成员，而应该提供相应的访问器（set方法和get 方法）。
6. 谨慎使用序列化（Serializable）功能。

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

• 内涵

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。

假设有一个A类，里面有两个方法，有一个类B想要复用这两个方法，请问有几种方案？

① 首先，最容易想到的就是继承，B类只要继承A类，就可以复用A类的方法 。

那这种方案肯定是不好，因为这会让B类和A类的耦合性增强，A类的其他方法可能B类并不想复用，但是也继承下来了。

② 可以在B类增加一个属性，类型为A，通过set的方式传入值，就可以复用A类的方法。

③ 同样，也可以把类A当作B类方法入参的类型，也可以达到复用的效果。

后面的两种方式就是合成复用原则推荐我们使用的。当然，如果要使用继承关系，则必须严格遵循里氏替换原则。

• 益处

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。

• 实现方式 

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。

总结

这7种设计原则是软件设计模式必须尽量遵循的原则，各种原则要求的侧重点不同：

◆　开闭原则是总纲，它告诉我们要对扩展开放，对修改关闭。

◆　里氏替换原则告诉我们不要破坏继承体系。

◆　依赖倒置原则告诉我们要面向接口编程。

◆　单一职责原则告诉我们实现类要职责单一。

◆　接口隔离原则告诉我们在设计接口的时候要精简单一。

◆　迪米特法则告诉我们要降低耦合度。

◆　合成复用原则告诉我们要优先使用组合或者聚合关系复用，少用继承关系复用。