• 设计模式七大原则

    设计模式七大原则

    什么是设计模式呢？

    简单理解就是我们在开发软件的期间面临着各种各样的问题，对这种普遍存在(反复出现)的问题提出的解决方案。

    设计模式分为三种类型，共 23 种

    1）创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。

    2）结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
    3）行为型模式：模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、 解释器模式（Interpreter 模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。

    1. 单一职责模式

    对类来说，即一个类只能负责一项职责。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。

    应用实例
    方式一
    public class SingleResponsibility1 {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.run("摩托车");
        vehicle.run("汽车");
        vehicle.run("飞机");
    }
}
 
class Vehicle{
    public void run(String vehicle){
        System.out.println(vehicle+"在公路上跑");
    }
}

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    问题分析

    1）运行结果中不管是摩托车，飞机还是汽车，都是在公路上运行，违反了单一职责原则

    2）解决办法，我们应该将Vehicle 分解成不同的类

    方式二
    public class SingleResponsibility2 {
    public static void main(String[] args) {
        RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
        roadVehicle.run("汽车");
        AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
        airVehicle.run("飞机");
        WaterVehicle waterVehicle = new WaterVehicle();
        waterVehicle.run("轮船");
    }
}
 
class RoadVehicle {
    public void run(String verhicle) {
        System.out.println(verhicle + "公路上");
    }
 
}
 
class AirVehicle{
    public void run(String verhicle) {
        System.out.println(verhicle + "在天空");
    }
}
 
class WaterVehicle{
    public void run(String verhicle){
        System.out.println(verhicle + "在水里");
    }
}

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    问题分析

    1） 遵守单一职责原则，但是这样做的改动很大，即将类分解，同时修改客户端

    2）改进：直接修改 Vehicle 类，改动的代码会比较少=>方案 3

    方式三
    public class SingleResponsibility3 {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle2 vehicle2 = new Vehicle2();
        vehicle2.run("摩托");
        vehicle2.runAir("船");
        vehicle2.runWater("飞机");
    }
}
 
class Vehicle2{
    public void run(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在公路上运行");
    }
    public void runAir(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在天空运行");
    }
    public void runWater(String verhicle){
        System.out.println(verhicle + "在水里");
    }
}

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    分析

    1）这种修改方法没有对原来的类做大的修改，只是增加方法

    2）这里虽然没有在类这个级别上遵守单一职责原则，但是在方法级别上，仍然是遵守单一职责

    注意事项和细节

    1）降低类的复杂度，一个类只负责一个职责

    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；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

    2、接口隔离原则

    那什么是接口隔离原则，顾名思义，客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个的依赖应该建立在最小接口上。

    在这里插入图片描述

    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。

    解决办法

    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**（这里我们拆分成 *3* 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

    应用实例
    方式一
    public class Segreation1 {
 
}
 
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");
    }
}
 
class A{
    //A类通过依赖接口Interface1依赖使用B类，但只会使用1,2,3方法
    public void depend1(Interface1 i){
        i.operation1();
    }
    public void depend2(Interface1 i){
        i.operation2();
    }
    public void depend3(Interface1 i){
        i.operation3();
    }
}
 
class C {
    //C类通过依赖接口Interface1依赖使用B类，但只会使用1,4,5方法
    public void depend1(Interface1 i){
        i.operation1();
    }
    public void depend4(Interface1 i){
        i.operation4();
    }
    public void depend5(Interface1 i){
        i.operation5();
    }
}

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    在这里插入图片描述

    public class Segreation2 {
 
}
 
interface Interface2{
    void operation1();
}
 
interface Interface3{
    void operation2();
    void operation3();
}
 
interface Interface4{
    void operation4();
    void operation5();
}
 
class E implements Interface2, Interface3 {
 
    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 F implements Interface2, Interface4 {
 
    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");
    }
}
 
class G{
    //A类通过依赖接口Interface1依赖使用B类，但只会使用1,2,3方法
    public void depend1(Interface2 i){
        i.operation1();
    }
    public void depend2(Interface3 i){
        i.operation2();
    }
    public void depend3(Interface3 i){
        i.operation3();
    }
}
 
class H {
    //C类通过依赖接口Interface1依赖使用B类，但只会使用1,4,5方法
    public void depend1(Interface2 i){
        i.operation1();
    }
    public void depend4(Interface4 i){
        i.operation4();
    }
    public void depend5(Interface4 i){
        i.operation5();
    }
}

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    3、依赖倒转（倒置）原则

    依赖倒转原则是指：

    1）高层模块不应依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象（比如抽象类，接口）

    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）中心思想就是面向接口编程

    应用实例
    方式一：
    /**
 * todo 依赖倒置原则
 */
public class DependcyInversion {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.receive(new Email());
        person.receive(new WX());
    }
}

class Email {
    public String getInfo() {
        return "电子邮件的信息:hello word";
    }
}
class WX{
    public String getInfo(){
        return "微信的消息是：wx";
    }
}

//完成Person 接收消息的功能
//todo 分析： 比较容易实现，但是我们要是获得到别的信息，需要新增一些类 同时person也要增加相应的接收方
//todo 解决思路：引入一个抽象接口，在接口中与Person类发生依赖
class Person {
    public void receive(Email email) {
        System.out.println(email.getInfo());
    }
    //重新添加的类
    public void receive(WX wx){
        System.out.println(wx.getInfo());
    }
}


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    虽然输出没什么问题;但是一旦又需要接受电子邮件信息呢,接受电话呢…;又要在Person类中重新写方法吗?

    方式二：（改进）

    根据依赖倒置原则进行案例优化

    将接受消息的方法提取;变为接口GetMes;
    这样,即使需要接受别的消息,也不用在Person类中再去增加方法;

    public class DependenceInversion02 {
    public static void main(String[] args) {
        Person person=new Person();
        person.getMes(new QQ());
        person.getMes(new Message());
    }
}

//接收消息的接口;
interface GetMes{
    //看看收到的消息;
    String show();
}

//短信类;
class Message implements GetMes{
    public String show(){
       return "收到短信了";
    }
}

//QQ消息;
class QQ implements GetMes{
    public String show(){
       return "收到QQ消息了";
    }
}

//具体的人;
class Person{
    //接收消息;
    public void getMes(GetMes getMes){
        System.out.println(getMes.show());
    }
}


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    关于依赖倒置原则中的依赖关系传递三种方式;
    接口传递 ;构造方法传递 ;setter方法传递

    4、里氏替换原则

    基本介绍

    1）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。

    2）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

    3）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

    4）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。

    应用实例
    看个程序，思考下问题和解决思路

    方式一：
    public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("1 - 2 = " + a.func1(1, 2));
 
        System.out.println("---------------------");
 
        B b = new B();
        System.out.println("1 - 2 = " + b.func1(1,2));//这里本意是求出 1-2
        System.out.println("1 - 2 + 9 = " + b.func2(1,2));
    }
}
 
class A{
    //返回两个数的差
    public int func1(int a, int b){
        return a - b;
    }
}
 
class B extends A {
    @Override
    //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;
    }
    //增加了一个新功能，完成两个数相加，然后和9求和
    public int func2(int a, int b){
        return func1(a,b) + 9;
    }
}

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    问题分析

    1）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，但整个继承体系的尚硅谷 Java 设计模式复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候

    2）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。

    3）改进方案 (创建一个更加基础的基类,都继承这个类)

    public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("1 - 2 = " + a.func1(1, 2));
 
        System.out.println("---------------------");
 
        B b = new B();
        System.out.println("1 + 2 = " + b.func1(1,2));
        System.out.println("1 + 2 + 9 = " + b.func2(1,2));
 
        System.out.println("1 - 2 = " + b.func3(1,2));
    }
}
 
//创建一个更加基础的基类
class Base{
    //把更加基础的方法和成员写到  Base 类
}
 
class A extends Base {
    //返回两个数的差
    public int func1(int a, int b){
        return a - b;
    }
}
 
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);
    }
}

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    5、开闭原则(OCP)

    注意：

    1）开闭原则是编程中最基础、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。

    应用实例

    看一个画图形的功能

    public class OCP {
    public static void main(String[] args) {
        //使用看看存在的问题
        GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
    }
}
//这是一个用于绘图的类 【使用方】
class GraphicEditor{
    public void drawShape(Shape shape){
        if(shape.my_tape == 1){
            drawRectangle(shape);
        }else if(shape.my_tape == 2){
            drawCircle(shape);
        }else if(shape.my_tape == 3){
            drawTriangle(shape);
        }
    }
    //绘制矩形
    public void drawRectangle(Shape r){
        System.out.println("矩形");
    }
    //绘制圆
    public void drawCircle(Shape r){
        System.out.println("圆");
    }
    //绘制三角形
    public void drawTriangle(Shape r){
        System.out.println("三角形");
    }
}
 
class Shape{
    int my_tape;
}
 
class Rectangle extends Shape {
    Rectangle(){
        super.my_tape = 1;
    }
}
 
class Circle extends Shape {
    Circle(){
        super.my_tape = 2;
    }
}
//新增画三角形
class Triangle extends Shape {
    Triangle(){
        super.my_tape = 3;
    }
}

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    问题分析
    1）优点是比较好理解，简单易操作。

    2）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。

    3）比如我们这时要新增加一个图形种类三角形，我们需要修改的地方较多

    改进

    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改 —> 满足了开闭原则

    public class OCP {
    public static void main(String[] args) {
        GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
        graphicEditor.drawShape(new Circle());
    }
}
 
class GraphicEditor{
    public void drawShape(Shape shape){
        shape.show();
    }
}
//Shape 类，基类
abstract class Shape{
  //提供一个抽象的方法
    public abstract void show();
}
 
class Rectangle extends Shape {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("矩形");
    }
}
 
class Circle extends Shape {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("圆");
    }
}
//新增三角形
class Triangle extends Shape {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("三角形");
    }
}

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    6、迪米特法则

    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(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

    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。

    应用实例

    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

    public class Demeter1 {
    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();
        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;
    }
}
 
//学校员工管理类，包括学院员工和学校总部员工
 
//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();
 
        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) {
        //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());
        }
    }
}

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    问题分析

    这里的 CollegeEmployee 不是 SchoolManager的直接朋友，CollegeEmployee 以局部变量方式出现在 SchoolManager中，违反了 迪米特法则。

    改进
    //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;
    }
    public void print(){
        List<CollegeEmployee> list1 = getAllEmployee();
        System.out.println("------------学院员工------------");
        for (CollegeEmployee e : list1) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}
 
//学校员工管理类，包括学院员工和学校总部员工
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) {
 
        //打印学院员工
        sub.print();
 
        //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());
        }
    }

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    7. 合成复用原则

    这个总的来说就是尽量不要使用继承关系

    如果说仅仅是让类B去使用类A的方法,这时使用继承,会让A类和B类之间的耦合性增强

    方式1:

    让类B去依赖类A;在B类中使用A类作为方法的参数

    在这里插入图片描述

    方式2:

    把A类聚合到B类中使用

    在这里插入图片描述

    方式3:

    把A类组合到B类中

    在这里插入图片描述

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