• 【设计模式】设计模式的七大原则

    目录标题

    4. 设计模式的七大原则

    在软件开发中，为了提高软件系统的可维护性和可复用性，增加软件的可扩展性和灵活性，程序员要尽量根据6条原则来开发程序，从而提高软件开发效率、节约软件开发成本和维护成本。

    4.1 开闭原则（对扩展开发，对修改关闭：需要接口和抽象类来实现）

    对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。
    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。

    Demo: 搜狗输入法 的皮肤设计

    分析： 搜狗输入法 的皮肤是输入法背景图片、窗口颜色和声音等元素的组合。用户可以根据自己的喜爱更换自己的输入法的皮肤，也可以从网上下载新的皮肤。这些皮肤有共同的特点，可以为其定义一个抽象类（AbstractSkin），而每个具体的皮肤（DefaultSpecificSkin和
    HeimaSpecificSkin）是其子类。用户窗体可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改原代码，所以它是满足开闭原则的。
    在这里插入图片描述
    抽象类

    public abstract class AbstractSkin {
    //显示的方法
    public abstract void display();
}

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    默认皮肤

    public class DefaultSkin extends AbstractSkin {
    public void display() {
        System.out.println("默认皮肤");
    }
}

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    黑马皮肤

    public class HeimaSkin extends AbstractSkin {
    public void display() {
        System.out.println("黑马皮肤");
    }
}

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    搜狗输入法

    public class SougouInput {
    private AbstractSkin skin;

    public void setSkin(AbstractSkin skin) {
        this.skin = skin;
    }

    public void display() {
        skin.display();
    }
}

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    测试

    public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //1,创建搜狗输入法对象
        SougouInput input = new SougouInput();
        //2,创建皮肤对象
        //DefaultSkin skin = new DefaultSkin();
        HeimaSkin skin = new HeimaSkin();
        //3,将皮肤设置到输入法中
        input.setSkin(skin);

        //4,显示皮肤
        input.display();
    }
}

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    4.2 里氏替换原则（任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现：尽量不要重写父类的方法）

    4.2.1 定义

    里氏替换原则是继承复用的基础，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。

    4.2.2 实现方法

    子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。（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（即方法的输出/返回值）要比父类的方法更严格或相等。

    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。

    Demo：几维鸟不是鸟

    分析：鸟一般都会飞行，如燕子的飞行速度大概是每小时 120 千米。但是新西兰的几维鸟由于翅膀退化无法飞行。假如要设计一个实例，计算这两种鸟飞行 300 千米要花费的时间。显然，拿燕子来测试这段代码，结果正确，能计算出所需要的时间；但拿几维鸟来测试，结果会发生“除零异常”或是“无穷大”，明显不符合预期，其类图如图 1 所示。
    在这里插入图片描述
    接口：鸟类

    class Bird {
    double flySpeed;
 
    public void setSpeed(double speed) {
        flySpeed = speed;
    }
    public double getFlyTime(double distance) {
        return (distance / flySpeed);
    }
}

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    实现类：燕子类

    class Swallow extends Bird {
}

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    实现类：几维鸟

    class BrownKiwi extends Bird {
    public void setSpeed(double speed) {
        flySpeed = 0;
    }
}

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    测试类

    public class LSPtest {
    public static void main(String[] args) {
        Bird bird1 = new Swallow();
        Bird bird2 = new BrownKiwi();
        bird1.setSpeed(120);
        bird2.setSpeed(120);
        System.out.println("如果飞行300公里：");
        try {
            System.out.println("燕子将飞行" + bird1.getFlyTime(300) + "小时.");
            System.out.println("几维鸟将飞行" + bird2.getFlyTime(300) + "小时。");
        } catch (Exception err) {
            System.out.println("发生错误了!");
        }
    }
}

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    如果飞行300公里：
燕子将飞行2.5小时.
几维鸟将飞行Infinity小时。

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    程序运行错误的原因是：几维鸟类重写了鸟类的 setSpeed(double speed) 方法，这违背了里氏替换原则。正确的做法是：取消几维鸟原来的继承关系，定义鸟和几维鸟的更一般的父类，如动物类，它们都有奔跑的能力。几维鸟的飞行速度虽然为 0，但奔跑速度不为 0，可以计算出其奔跑 300 千米所要花费的时间。其类图如图 2 所示。
    在这里插入图片描述

    4.3 依赖倒置原则（依赖抽象，不依赖具体）

    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。简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。

    Demo：组装电脑

    现要组装一台电脑，需要配件cpu，硬盘，内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常的运行。选择cpu有很多选择，如Intel，AMD等，硬盘可以选择希捷，西数等，内存条可以选择金士顿，海盗船等。
    类图如下
    在这里插入图片描述

    IntelCPU：

    public class IntelCpu {
    public void run() {
        System.out.println("使用Intel处理器");
    }
}

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    金士顿内存条：

    public class KingstonMemory {
    public void save() {
        System.out.println("使用金士顿内存条");
    }
}

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    希捷硬盘：

    public class XiJieHardDisk {
    //存储数据的方法
    public void save(String data) {
        System.out.println("使用希捷硬盘存储数据为：" + data);
    }

    //获取数据的方法
    public String get() {
        System.out.println("使用希捷希捷硬盘取数据");
        return "数据";
    }
}

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    组装电脑：

    public class Computer {

    private XiJieHardDisk hardDisk;
    private IntelCpu cpu;
    private KingstonMemory memory;

    public XiJieHardDisk getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

    public void setHardDisk(XiJieHardDisk hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    public IntelCpu getCpu() {
        return cpu;
    }

    public void setCpu(IntelCpu cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }

    public KingstonMemory getMemory() {
        return memory;
    }

    public void setMemory(KingstonMemory memory) {
        this.memory = memory;
    }

    public void run() {
        System.out.println("运行计算机");
        String data = hardDisk.get();
        System.out.println("从硬盘上获取的数据是：" + data);
        cpu.run();
        memory.save();
    }
}

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    测试类：

    public class ComputerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建组件对象
        XiJieHardDisk hardDisk = new XiJieHardDisk();
        IntelCpu cpu = new IntelCpu();
        KingstonMemory memory = new KingstonMemory();

        //创建计算机对象
        Computer c = new Computer();
        //组装计算机
        c.setCpu(cpu);
        c.setHardDisk(hardDisk);
        c.setMemory(memory);

        //运行计算机
        c.run();
    }
}

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    上面代码可以看到已经组装了一台电脑，但是似乎组装的电脑的cpu只能是Intel的，内存条只能是金士顿的，硬盘只能是希捷的，这对用户肯定是不友好的，用户有了机箱肯定是想按照自己的喜好，选择自己喜欢的配件。
    根据依赖倒转原则进行改进：
    代码我们只需要修改Computer类，让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖于各个组件具体的实现类。
    在这里插入图片描述

    改进后的Demo

    CPU接口:

    public interface Cpu {
    //运行cpu
    public void run();
}

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    IntelCPU：

    public class IntelCpu implements Cpu {
    public void run() {
        System.out.println("使用Intel处理器");
    }
}

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    内存条接口：

    public interface Memory {
    public void save();
}

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    金士顿内存条：

    public class KingstonMemory implements Memory {
    public void save() {
        System.out.println("使用金士顿内存条");
    }
}

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    硬盘接口：

    public interface HardDisk {
    //存储数据
    public void save(String data);
    //获取数据
    public String get();
}

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    希捷硬盘：

    public class XiJieHardDisk implements HardDisk {

    //存储数据的方法
    public void save(String data) {
        System.out.println("使用希捷硬盘存储数据为：" + data);
    }

    //获取数据的方法
    public String get() {
        System.out.println("使用希捷希捷硬盘取数据");
        return "数据";
    }
}

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    组装电脑：

    public class Computer {

    private HardDisk hardDisk;
    private Cpu cpu;
    private Memory memory;

    public HardDisk getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

    public void setHardDisk(HardDisk hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    public Cpu getCpu() {
        return cpu;
    }

    public void setCpu(Cpu cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }

    public Memory getMemory() {
        return memory;
    }

    public void setMemory(Memory memory) {
        this.memory = memory;
    }

    //运行计算机
    public void run() {
        System.out.println("运行计算机");
        String data = hardDisk.get();
        System.out.println("从硬盘上获取的数据是：" + data);
        cpu.run();
        memory.save();
    }
}

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    测试类

    public class ComputerDemo {
    public static void main(String[] args) {

        //创建计算机的组件对象
        HardDisk hardDisk = new XiJieHardDisk();
        Cpu cpu = new IntelCpu();
        Memory memory = new KingstonMemory();

        //创建计算机对象
        Computer c = new Computer();
        //组装计算机
        c.setCpu(cpu);
        c.setHardDisk(hardDisk);
        c.setMemory(memory);

        //运行计算机
        c.run();
    }
}


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    4.4 单一职责原则（对一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因）

    对一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。如果存在多于一个动机去改变一个类，那么这个类就具有多于一个的职责，就应该把多余的职责分离出去，再去创建一些类来完成每一个职责。

    Demo

    分别建立两个类C1，C2，C1完成职责m1功能，C2完成职责m2功能。这样修改C1.m1功能时，不会影响C2.m2，同理，m2不会影响m1

    4.5 接口隔离原则（不应该被迫依赖于它不使用的方法）

    客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

    Demo:安全门案例

    我们需要创建一个 黑马 品牌的安全门，该安全门具有防火、防水、防盗的功能。可以将防火，防水，防盗功能提取成一个接口，形成一套规范。类图如下：
    在这里插入图片描述
    安全门接口：

    public interface SafetyDoor {
    //防盗
    void antiTheft();
    //防火
    void fireProof();
    //防水
    void waterProof();
}

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    黑马防盗门：

    public class HeimaSafetyDoor implements SafetyDoor {
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

    public void fireProof() {
        System.out.println("防火");
    }

    public void waterProof() {
        System.out.println("防水");
    }
}

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    测试：

    public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        HeimaSafetyDoor door = new HeimaSafetyDoor();
        door.antiTheft();
        door.fireProof();
        door.waterProof();
    }
}

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    上面的设计我们发现了它存在的问题，黑马品牌的安全门具有防盗，防水，防火的功能。现在如果我们还需要再创建一个传智品牌的安全门，而该安全门只具有防盗、防水功能呢？很显然如果实现SafetyDoor接口就违背了接口隔离原则，那么我们如何进行修改呢？看如下类图：
    在这里插入图片描述
    防盗接口：

    public interface AntiTheft {
    void antiTheft();
}

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    防火接口：

    public interface Fireproof {
    void fireproof();
}

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    防水接口：

    public interface Waterproof {
    void waterproof();
}

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    黑马安全门

    public class HeiMaSafetyDoor implements AntiTheft,Fireproof,Waterproof {
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

    public void fireproof() {
        System.out.println("防火");
    }

    public void waterproof() {
        System.out.println("防水");
    }
}

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    传智安全门

    public class ItcastSafetyDoor implements AntiTheft,Fireproof {
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

    public void fireproof() {
        System.out.println("防火");
    }
}

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    测试：

    public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建黑马安全门对象
        HeimaSafetyDoor door = new HeimaSafetyDoor();
        //调用功能
        door.antiTheft();
        door.fireProof();
        door.waterProof();

        System.out.println("============");
        //创建传智安全门对象
        ItcastSafetyDoor door1 = new ItcastSafetyDoor();
        //调用功能
        door1.antiTheft();
        door1.fireproof();
    }
}

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    4.6 迪米特法则（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）

    迪米特法则又叫最少知识原则。
    只和你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话。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。
    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。

    Demo：明星与经纪人的关系实例

    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，如和粉丝的见面会，和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。
    在这里插入图片描述

    明星类：

    public class Star {
    private String name;
    public Star(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
}

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    粉丝类：

    public class Fans {
    private String name;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public Fans(String name) {
        this.name = name;
    }
}

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    媒体公司：

    public class Company {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public Company(String name) {
        this.name = name;
    }
}

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    经纪人类：

    public class Agent {

    private Star star;
    private Fans fans;
    private Company company;

    public void setStar(Star star) {
        this.star = star;
    }

    public void setFans(Fans fans) {
        this.fans = fans;
    }

    public void setCompany(Company company) {
        this.company = company;
    }

    //和粉丝见面的方法
    public void meeting() {
        System.out.println(star.getName() + "和粉丝" + fans.getName() + "见面");
    }

    //和媒体公司洽谈的方法
    public void business() {
        System.out.println(star.getName() + "和" + company.getName() + "洽谈");
    }
}


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    测试

    public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建经纪人类
        Agent agent = new Agent();
        //创建明星对象
        Star star = new Star("林青霞");
        agent.setStar(star);
        //创建粉丝对象
        Fans fans = new Fans("李四");
        agent.setFans(fans);
        //创建媒体公司对象
        Company company = new Company("黑马媒体公司");
        agent.setCompany(company);

        agent.meeting();//和粉丝见面
        agent.business();//和媒体公司洽谈业务
    }
}

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    4.7 合成复用原则（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）

    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。
    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：

    1. 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。
    2. 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。
    3. 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：

    1. 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。
    2. 对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。
    3. 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。

    Demo：汽车分类管理程序

    汽车按“动力源”划分可分为汽油汽车、电动汽车等；按“颜色”划分可分为白色汽车、黑色汽车和红色汽车等。如果同时考虑这两种分类，其组合就很多。类图如下：
    在这里插入图片描述
    从上面类图我们可以看到使用继承复用产生了很多子类，如果现在又有新的动力源或者新的颜色的话，就需要再定义新的类。我们试着将继承复用改为聚合复用看一下。
    在这里插入图片描述

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/yzx3105/article/details/128037171