设计模式的7个原则
2022年5月1日
设计模式的7个原则
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)
设计模式常用的七大原则有：
单一职责原则
基本介绍
对于一个类，只有一个引起该类变化的原因；该类的职责是唯一的，且这个职责是唯一引起其他类变化的原因。
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
代码示例
方式一：
/**
* @Author LR
* @Date 2022/8/1 22:51
*/
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+"在公路运行。。。。");
}
}
输出
摩托车在公路运行。。。。
汽车在公路运行。。。。
飞机在公路运行。。。。
方式一的run方法，违反了单一职责原则，本应该都是公路运行，但是飞机在公路运行是不对的。解决方法也非常简单，分解成不同类即可
方式二：
/**
* @Author LR
* @Date 2022/8/1 22:51
*/
public class SingleResponsibility2 {
public static void main(String[] args) {
Vehicle2 vehicle = new Vehicle2();
vehicle.run("摩托车");
vehicle.run("汽车");
AirPlane airPlane = new AirPlane();
airPlane.run("飞机");
}
}
//
class Vehicle2{
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle+"在公路运行。。。。");
}
}
class AirPlane{
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle+"在天上飞。。。。");
}
}
输出
摩托车在公路运行。。。。
汽车在公路运行。。。。
飞机在天上飞。。。。
方式二虽然解决了问题，但是改动很大，需要将类分解，同时需要修改客户端的代码
方式三
/**
* @Author LR
* @Date 2022/8/1 22:51
*/
public class SingleResponsibility3 {
public static void main(String[] args) {
Vehicle3 vehicle = new Vehicle3();
vehicle.run("摩托车");
vehicle.runAir("飞机");
}
}
class Vehicle3{
public void run(String vehicle){
System.out.println(vehicle+"在公路运行。。。。");
}
public void runAir(String vehicle){
System.out.println(vehicle+"在天上飞。。。。");
}
}
输出
摩托车在公路运行。。。。
飞机在天上飞。。。。
这种方法没有对原来的类做大的修改，只是增加方法，这里虽然没有在类这个级别上遵守单一职责，但是在方法级别上，仍然遵守单一职责。
总结
- 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，可以在方法级别保特单一职责原则
接口隔离原则
基本介绍
1.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.看如下图
3.类A通过接口Interfacel依赖类B,类C通过接口Interfacel依赖类D,如果接口nterface1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。
4.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
5.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。接口Interfacel1中出现的方法，根据实际情沉拆分为三个接口
依赖倒转（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(子类)去完成
示例代码
方案一：传统写法
- 简单，比较容易想到
- 如果我们获取的对象是微信，短信等等，则新增类，同时Perons也要增加相应的接收方法
/**
* @Author LR
* @Date 2022/8/2 21:20
*/
public class DependecyInversion {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
}
}
class Email{
public String getInfo(){
return "电子邮件信息： hello world";
}
}
//完成Person接收消息的功能
//3.解决思路：引入一个抽象的接口Receiver表示接收者，这样Person类与接口Receiver发生依赖
//因为Email,.WeiXin等等属于接收的范围，他们各自实现Receiver接口就ok,这样我们就符号依赖倒转原则
class Person{
public void receive(Email email){
System.out.println(email.getInfo());
}
}
解决方案
引入一个抽象的接口Receiver，表示接收者，这样Person类与接口Receiver发生依赖，因为Email,.WeiXin等等属于接收的范围，他们各自实现Receiver接口就ok,这样我们就符号依赖倒转原则
方案二：依赖倒转原则
/**
* @Author LR
* @Date 2022/8/2 21:20
*/
public class DependecyInversion {
public static void main(String[] args) {
//客户端无需改变
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
person.receive(new WeiXin());
}
}
//定义一个接口
interface IReceiver{
String getInfo();
}
class Email implements IReceiver{
public String getInfo(){
return "电子邮件信息： hello world";
}
}
//方式二
class Person{
//我们对接口的一个依赖
public void receive(IReceiver receiver){
System.out.println(receiver.getInfo());
}
}
//增加微信
class WeiXin implements IReceiver{
public String getInfo() {
return "微信： hello world";
}
}
依赖关系传递的三种方式
接口传递
/**
* 依赖关系传递的三种方式和应用案例 - 接口类型
* @Author LR
* @Date 2022/8/2 21:46
*/
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
ChangHong changHong = new ChangHong();
OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
openAndClose.open(changHong);
}
}
//方式1：通过接口传递实现依赖
interface IOpenAndClose{
void open(ITV tv); //抽象方法，接受接口
}
interface ITV{//ITV接口
void play();
}
//实现接口
class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
public void open(ITV tv){
tv.play();
}
}
class ChangHong implements ITV{
public void play(){
System.out.println("长虹电视机，打开");
}
}
构造方法传递
/**
* 依赖关系传递的三种方式和应用案例 - 构造方法
* @Author LR
* @Date 2022/8/2 21:56
*/
public class demo2 {
public static void main(String[] args) {
ChangHong2 changHong = new ChangHong2();
OpenAndClose2 openAndClose2 = new OpenAndClose2(changHong);
openAndClose2.open();
}
}
interface IOpenAndClose2{
void open();//抽象方法
}
interface ITV2{
void play();
}
//实现接口
class OpenAndClose2 implements IOpenAndClose2{
public ITV2 tv;
public OpenAndClose2(ITV2 tv){//构造器
this.tv = tv;
}
public void open(){
tv.play();
}
}
class ChangHong2 implements ITV2{
public void play(){
System.out.println("长虹电视机，打开");
}
}
setter方式传递
/**
* 依赖关系传递的三种方式和应用案例 - set方式
* @Author LR
* @Date 2022/8/2 22:02
*/
public class demo3 {
public static void main(String[] args) {
Changhong3 changhong3 = new Changhong3();
OpenAndClose3 openAndClose3 = new OpenAndClose3();
openAndClose3.setTv(changhong3);
openAndClose3.open();
}
}
interface IOpenAndClose3{
void open();//抽象方法
void setTv(ITV3 vv);
}
interface ITV3{
void play();
}
//实现接口
class OpenAndClose3 implements IOpenAndClose3{
public ITV3 tv;
public void setTv(ITV3 tv){//构造器
this.tv = tv;
}
public void open(){
tv.play();
}
}
class Changhong3 implements ITV3{
public void play(){
System.out.println("长虹电视机，打开");
}
}
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
里氏替换原则
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，如何正确使用继承？ ->里氏替换原则
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。
问题代码
/**
* 里氏替换原则，问题代码
*
* @Author LR
* @Date 2022/8/2 23:03
*/
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("1-8=" + a.func1(1, 8));
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("1-8=" + b.func1(1, 8));// 1-8 System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
}
}
class A {
public int func1(int a, int b) {
return a - b;
}
}
//B类集成了A
//增加了一个新功能，完成两个数相加，然后加9
class B extends A {
//这里重写了A类的方法，可能是无意识的
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b) {
return func1(a, b) + 9;
}
}
输出
11-3=8
1-8=-7
-----------------------
11-3=14
1-8=9
解决方案
- 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，但整个继承体系的复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候
- 通用的做法：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.
代码
/**
* 里氏替换原则，解决方案
*
* @Author LR
* @Date 2022/8/2 23:12
*/
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("1-8=" + a.func1(1, 8));
System.out.println("-----------------------");
B b = new B();
//因为B类不在集成A类，因此调用者，不会在func1求减法
//调用完成的功能就会很明确
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));
//使用组合仍然可以使用A类的相关方法
System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));
}
}
//创建更加基础的积累
//把更基础的方法和成员，写到Base
class Base {
}
//A类
class A extends Base {
public int func1(int a, int b) {
return a - b;
}
}
//B类
class B extends Base {
//如果B类需要使用到A类的方法，通过组合关系
private A aa = new A();
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b) {
return func1(a, b) + 9;
}
//我们任然想要使用A类的方法
public int func3(int a, int b) {
return aa.func1(a, b);
}
}
输出
11-3=8
1-8=-7
-----------------------
11+3=14
1+8=9
11+3+9=23
11-3=8
开闭原则
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。
问题代码
看一个画图形的功能
代码
/**
* 开闭原则-问题代码
*
* @Author LR
* @Date 2022/8/3 15:59
*/
public class Ocp {
public static void main(String[] args) {
//使用存在的问题Ocp.java
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawCircle(new Circle());
graphicEditor.drawRectangle(new Rectangle());
graphicEditor.drawTriangle(new Triangle());
}
}
//这是一个用户绘图的类【使用方】
class GraphicEditor{
//接收Shape对象，然后根据type,来绘制不同的图形
public void drawShape(Shape s){
if(s.m_type==1){
drawRectangle(s);
}
if(s.m_type == 2){
drawCircle(s);
}
if (s.m_type ==3){
drawTriangle(s);
}
}
//绘制矩形
public void drawRectangle(Shape r) {
System.out.println(" 绘制矩形 ");
}
//绘制圆形
public void drawCircle(Shape r) {
System.out.println(" 绘制圆形 ");
}
//增加绘制三角形
public void drawTriangle(Shape r) {
System.out.println(" 绘制三角形 ");
}
}
//shape类，基类
class Shape{
int m_type;
}
class Rectangle extends Shape{
Rectangle(){
super.m_type = 1;
}
}
class Circle extends Shape{
Circle(){
super.m_type = 2;
}
}
//新增画三角形
class Triangle extends Shape{
Triangle(){
super.m_type = 3;
}
}
问题代码缺点
- 优点是比较好理解，简单易操作。
- 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。
- 比如我们这时要新增加一个图形种类三角形，我们需要做如下修改，修改的地方较多。
改进方案
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
改进后代码
/**
* 开闭原则-解决方案
*
* @Author LR
* @Date 2022/8/3 15:59
*/
public class Ocp {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Circle());
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Triangle());
}
}
//这是一个用户绘图的类【使用方】
class GraphicEditor{
//接收Shape对象，调用dram方法
public void drawShape(Shape s){
s.drow();
}
}
//shape类，基类
abstract class Shape{
int m_type;
public abstract void drow();
}
class Rectangle extends Shape{
Rectangle(){
super.m_type = 1;
}
@Override
public void drow() {
System.out.println("绘制矩形");
}
}
class Circle extends Shape{
Circle(){
super.m_type = 2;
}
@Override
public void drow() {
System.out.println("绘制原型");
}
}
//新增画三角形
class Triangle extends Shape{
Triangle(){
super.m_type = 3;
}
@Override
public void drow() {
System.out.println("绘制三角形");
}
}
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pub℃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。
问题代码
有一个学习，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
代码
/**
* 迪米特法则 - 问题代码
*
* @Author LR
* @Date 2022/8/3 21:38
*/
//客户端
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;
}
}
//学院的员工类
class CollegeEmployee {
private String id;
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
}
//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<>();
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;
}
}
//学校管理类
//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
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) {
//分析问题
//1. 这 里 的 CollegeEmployee 不是 SchoolManager 的直接朋友
//2. CollegeEmployee 是以局部变量方式出现在 SchoolManager
//3. 违反了 迪米特法则
//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());
}
}
}
解决方案
- 前面设计的问题在于 SchoolManager 中，CollegeEmployee 类并不是 SchoolManager 类的直接朋友 (分析)
- 按照迪米特法则，应该避免类中出现这样非直接朋友关系的耦合
代码
/**
* 迪米特法则 - 解决方案
*
* @Author LR
* @Date 2022/8/3 21:38
*/
public class Demeter1 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("~~~使用迪米特法则的改进~~~");
//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;
}
}
//学院的员工类
class CollegeEmployee {
private String id;
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
}
//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;
}
// 输 出 学 院 员 工 的 信 息
public void printEmployee() {
//获取到学院员工
List<CollegeEmployee> list1 = getAllEmployee();
System.out.println("------------学院员工------------");
for (CollegeEmployee e : list1) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
//学校管理类
//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<Employee>();
for (int i = 0; i < 5; i++) { //这里我们增加了 5 个员工到
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) {
//分析问题
//1. 将输出学院的员工方法，封装到 CollegeManager
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());
}
}
}
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 - 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
合成复用原则
基本原则
原则是尽量使用合成聚合的方式，而不是使用继承
不推荐继承：因为如果A类添加了方法，但是B类不需要，就会出现代码耦合
可行方式：
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。抽取达到复用
- 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 - 高内聚低耦合