【设计模式7大原则详解】
设计模式的目的
编写软件过程种，面临着来着耦合性，内聚性，以及可维护性，可扩展性，重用性，灵活性等多方便的挑战，设计模式是为了让程序具有一下特点
- 代码重用性
- 代码可读性
- 可扩展性
- 可靠性
- 使得程序高内聚，低耦合的特点
设计模式七大原则
设计模式原则，其实就是程序员在编程时，应当遵守的原则，也是各种设计模式的基础（即：设计模式为什么这样设计的依据）
常用的七大原则有：
- 单一职则原则
- 接口隔离原则
- 依赖倒置原则
- 里式替换原则
- 开闭原则
- 迪米特法则
- 合成复用原则
1. 单职责原则
基本介绍
对类来说的，即一个类应该只负责一项职则。如新增和编辑功能，使用同一个类作为输入，当新增类的需求变更导致 增加或者减少字段，编辑功能可能导致执行错误。
注意事项和使用细节
- 降低类的复杂度，一个类只负责一项职则。
- 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，我们应当遵守单以职责原则，只有逻辑足够简单，才可以在代码级违反单一职则原则；只有类中的方法数量足够少，可以在方法级别保持单一职则原则。
2.接口隔离原则
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
观察这张图：
类A通过接口Interface1依赖B，类C通过接口Interface1依赖类D，如果接口interface1对类A和类C来说都不是最小接口，那么类B和类D都必须实现他们不需要的方法。
代码实现如下：
public interface Interface1 {
void operation1();
void operation2();
void operation3();
void operation4();
void operation5();
}
public class B implements Interface1 {
@Override
public void operation1() {
System.out.println("B实现了 operation1");
}
@Override
public void operation2() {
System.out.println("B实现了 operation2");
}
@Override
public void operation3() {
System.out.println("B实现了 operation3");
}
@Override
public void operation4() {
System.out.println("B实现了 operation4");
}
@Override
public void operation5() {
System.out.println("B实现了 operation5");
}
}
public class D implements Interface1{
@Override
public void operation1() {
System.out.println("D实现了 operation1");
}
@Override
public void operation2() {
System.out.println("D实现了 operation2");
}
@Override
public void operation3() {
System.out.println("D实现了 operation3");
}
@Override
public void operation4() {
System.out.println("D实现了 operation4");
}
@Override
public void operation5() {
System.out.println("D实现了 operation5");
}
}
public class A { //A类通过接口 Interface1 依赖B类，但是指挥用到123方法
public void depend1(Interface1 i){
i.operation1();
}
public void depend2(Interface1 i){
i.operation2();
}
public void depend3(Interface1 i){
i.operation3();
}
}
public class C {//A类通过接口 Interface1 依赖B类，但是指挥用到145方法
public void depend1(Interface1 i){
i.operation1();
}
public void depend2(Interface1 i){
i.operation4();
}
public void depend3(Interface1 i){
i.operation5();
}
}
按照隔离原则应当这样处理：
将接口interface1拆分成为独立的几个接口（我们拆成三个），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。
应用实例
代码实现
public interface Interface1 {
void operation1();
}
public interface Interface2 {
void operation2();
void operation3();
}
public interface Interface3 {
void operation4();
void operation5();
}
public class B implements Interface1,Interface2 {
@Override
public void operation1() {
System.out.println("B实现了 operation1");
}
@Override
public void operation2() {
System.out.println("B实现了 operation2");
}
@Override
public void operation3() {
System.out.println("B实现了 operation3");
}
}
public class D implements Interface1,Interface3{
@Override
public void operation1() {
System.out.println("D实现了 operation1");
}
@Override
public void operation4() {
System.out.println("D实现了 operation4");
}
@Override
public void operation5() {
System.out.println("D实现了 operation5");
}
}
public class A { //A类通过接口 Interface1 依赖B类，但是指挥用到123方法
public void depend1(Interface1 i){
i.operation1();
}
public void depend2(Interface2 i){
i.operation2();
}
public void depend3(Interface2 i){
i.operation3();
}
}
public class C {//A类通过接口 Interface1 依赖B类，但是指挥用到145方法
public void depend1(Interface1 i){
i.operation1();
}
public void depend2(Interface3 i){
i.operation4();
}
public void depend3(Interface3 i){
i.operation5();
}
}
3.依赖倒置原则
基本介绍
依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）是指：
- 高层模块不应该依赖底层模块，二者都应依赖其抽象
- 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
- 依赖倒置的中心思想是面向接口编程
- 依赖倒置原则是基于这样的设计理念：相对于细节的多边性，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。
- 使用接口或者抽象类的目的是制定好规范，而不设计任何具体的操作，把展现细节的任务交给他们的实现类去完成。
应用实例
比如：完成一个Person类接收消息的功能
例子1：接收邮件消息
public class Email {
public String getInfo(){
return "电子邮件信息：Hello world";
}
}
public class Person {
public void receive(Email email){
System.out.println(email.getInfo());
}
}
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
}
思考：如果我们要获取的对象是 微信，短信等等，则新增类，同时Person也要增加对应的方法
解决思路：引入一个抽象的接口IReceiver,表示接收者，这样Person类与接口IReceiver发生依赖，因为Email,WerXin等等属于接收范围，他们各自实现IReceiver接口就OK了，这样就符合依赖倒置原则。
代码如下：
/**
* @Author：lpj
* @name：IReceiver
* @Date：2023/12/13 14:59
* @describe：定义接口
*/
public interface IReceiver {
public String getInfo();
}
public class Email implements IReceiver{
@Override
public String getInfo() {
return "电子邮件信息：Hello world";
}
}
public class WeiXin implements IReceiver{
@Override
public String getInfo() {
return "微信消息：hello,ok";
}
}
public class Person {
public void receive(IReceiver receiver){
System.out.println(receiver.getInfo());
}
}
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
person.receive(new WeiXin());
}
依赖关系传递的三种方式
- 接口传递，如上已经实现
- 构造方法传递
- setter方式传递
结构构造方法传递代码实现如下: （主要针对Person类做出更改）
public interface IReceiver {
public String getInfo();
}
public class Email implements IReceiver {
@Override
public String getInfo() {
return "电子邮件信息：Hello world";
}
}
public class WeiXin implements IReceiver{
@Override
public String getInfo() {
return "微信消息：hello,ok";
}
}
public class Person {
private IReceiver receiver;//成员
public Person(IReceiver receiver){
this.receiver = receiver;
}
public void getMessage(){
System.out.println(receiver.getInfo());
}
}
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person(new WeiXin());
Person person1 = new Person(new Email());
person.getMessage();
person1.getMessage();
}
setter方式传递代码实现如下（主要代码也是在Person类）
public class Person {
private IReceiver receiver;//成员
// public Person(IReceiver receiver){
// this.receiver = receiver;
// }
public void setReceiver(IReceiver receiver) {
this.receiver = receiver;
}
public void getMessage(){
System.out.println(receiver.getInfo());
}
}
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
Person person1 = new Person();
person.setReceiver(new WeiXin());
person1.setReceiver(new Email());
person.getMessage();
person1.getMessage();
}
注意事项和细节
- 底层模块应将都要有抽象类或者接口，或者两者都有，程序稳定性更好。
- 变量的声明尽量是抽象类或者接口，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
- 继承时应遵循里式替换原则
4.里式替换原则
IOO中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，并且父类修改之后，所有涉及到的子类的功能都可能产生故障
- 问题提出：在编程中，如果正确的使用继承？=>里式替换原则
基本介绍
- 里式替换原则（Liskov Substitution Principle）在1988年，由麻省理工学院一位姓里的女士提出的。
- 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，所有引用基类的方法必须能够透明的使用其子类的对象。（有点绕···）
- 在使用继承时，遵循里式替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法。
- 继承实际上是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。
看个程序，思考下问题和解决思路
public class A {
public int func1(int num1,int num2){
return num1-num2;
}
}
public class B extends 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;
}
}
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));
System.out.println("1-8=" +b.func1(1,8));
System.out.println("11+3+9=" +b.func2(11,3));
}
运行结果如下：
解决办法
- 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，造成原有功能出错。在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法来完成新功能，这样写起来简单，但是整个继承体系的复用性就会比较差，特别是运行多态比较频繁的时候。
- 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，组合等关系去代替。
代码实现：
public class Base {
//更加基础的方法和成员写道该类
public int Base;
public void BaseMethod(){
}
}
public class A extends Base{
public int func1(int num1,int num2){
return num1-num2;
}
}
public class B extends Base {
//B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 super.Base+a+b;
}
public int func2(int a,int b){
return func1(a,b) +9;
}
public int func3(int a,int b){
return this.a.func1(a,b);
}
@Override
public void BaseMethod() {
super.BaseMethod();
}
}
5.开闭原则
基本原则
- 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代码来实现变化。
- 编程中遵循其他原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。
看一段代码
一个画图形的功能
类图设计如下：
public class Shape { //基类
public int m_type;
}
public class Rectangle extends Shape {
Rectangle(){
super.m_type =1;
}
}
public class Circle extends Shape {
Circle(){
super.m_type = 2;
}
}
public class Triangle extends Shape{ //新增一个图形
Triangle(){
super.m_type = 3;
}
}
public class GraphicEditor {
public void drawShape(Shape s){
if (s.m_type==1)
drawRectangle(s);
else if (s.m_type ==2)
drawCircle(s);
else if (s.m_type==3)
drawTriangle(s);
}
public void drawRectangle(Shape r){
System.out.println("绘制矩形");
}
public void drawCircle(Shape r){
System.out.println("绘制圆形");
}
public void drawTriangle(Shape r){
System.out.println("绘制三角形");
}
}
//调用
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Circle());
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Triangle());
}
分析一下：
- 优点是比较好理解，简单易操作。
- 确定就是违反了设计原则OCP原则，即对外开放，对修改关闭，即，我们给类增加新功能的时候，经量不要修改代码，或者尽量可能少修改代码。
- 比如我们增加了一个三角形，修改的地方比较多。
改进思路分析
思路：把创建Shape 类做成一个抽象类，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，使用方的代码就不用修改，满足了开闭原则。
代码如下：
public abstract class Shape { //基类
public int m_type;
public abstract void draw();
}
public class Triangle extends Shape{ //新增一个图形
Triangle(){
super.m_type = 3;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制三角形");
}
}
public class Rectangle extends Shape {
Rectangle(){
super.m_type =1;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制矩形");
}
}
public class Circle extends Shape {
Circle(){
super.m_type = 2;
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制圆形");
}
}
public class GraphicEditor {
public void drawShape(Shape s){
s.draw();
}
}
//调用
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Circle());
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Triangle());
}
6.迪米特法则
基本介绍
- 一个对象应该对其他对象保持最少的了解
- 类与类的关系越密切，偶尔度越大
- 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，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public方法，不对外泄露任何消息
- 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时朋友关系，耦合的关系很多，依赖，关联，组合，聚合，等。其中，我们称出现的成员变量，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，也就是陌生的类最好不要以局部变量形式出现在类的内部。
应用实例
1.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ID
代码实现如下：
public class CollegeEmployee { //学院员工类
private String id;
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
}
public class Employee { //总部员工类
private String id;
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
}
public class CollegeManager { //管理学院员工的管理类
public List<CollegeEmployee> getAllEmployee(){
List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
CollegeEmployee employee = new CollegeEmployee();
employee.setId("学院员工id:"+i);
list.add(employee);
}
return list;
}
}
public class SchoolManager {
public List<Employee> getAllEmployee(){
List<Employee> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Employee employee = new Employee();
employee.setId("学校总部员工id：" +i);
list.add(employee);
}
return list;
}
//该方法完成输出学院总部和学院员工信息id
void printAllEmployee(CollegeManager sub){
//学院员工
List<CollegeEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
for (CollegeEmployee e :list1){
System.out.println(e.getId());
}
//学校总部员工
List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
for (Employee e :list2){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
//调用
public static void main(String[] args) {
SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
}
问题分析：
- CollegeEmployee 不是SchoolManager的直接朋友
- CollegeEmployee是以局部变量方式出现在 SchoolManager
- 违反了迪米特法则
代码改进
主要把SchoolManager 类中 CollegeManager 的具体实现剥离开，在它自己类中实现，在SchoolManager中调用方法即可。
public class CollegeManager { //管理学院员工的管理类
public List<CollegeEmployee> getAllEmployee(){
List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
CollegeEmployee employee = new CollegeEmployee();
employee.setId("学院员工id:"+i);
list.add(employee);
}
return list;
}
//输出学院员工的信息
public void printEmployee(){
List<CollegeEmployee> allEmployee = getAllEmployee();
for(CollegeEmployee e:allEmployee){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
public class SchoolManager {
public List<Employee> getAllEmployee(){
List<Employee> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Employee employee = new Employee();
employee.setId("学校总部员工id：" +i);
list.add(employee);
}
return list;
}
//该方法完成输出学院总部和学院员工信息id
void printAllEmployee(CollegeManager sub){
//学院员工
sub.printEmployee();
//学校总部员工
List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
for (Employee e :list2){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
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的耦合关系，并不是完全没有依赖关系。
7.合成复用原则
基本介绍
原则时尽量使用合成/聚合的方式，而不是继承
核心思想
- 找出应用中可能的变化之处，把他们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起
- 针对接口编程，而不是正对实现编程
- 为了交互对象之间的松耦合设计而努力