java设计模式之七大原则

java设计模式

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以下内容为本人的学习笔记，如需要转载，请声明原文链接   https://www.cnblogs.com/lyh1024/p/16724932.html

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设计模式

1.设计模式的目的

编写软件过程中，程序员面临着来自耦合性，内聚性和可维护性，可扩展性，重用性，灵活性等多方面的挑战，设计模式是为了让程序（软件）具有更好的

1. 代码重用性（即：相同功能的代码，不用多次编写）

2. 可读性（即：编程规范性，便于其他程序员的阅读和理解）

3. 可扩展性（即：当需要增加新的功能时，非常的方便，也称为可维护性）

4. 可靠性（即：当我们增加新的功能后，对原来的功能没有影响）

5. 使程序呈现高内聚，低耦合的特性

2.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）

设计模式常用的七大原则有：

1. 单一职责原则

2. 接口隔离原则

3. 依赖倒转原则

4. 里式替换原则

5. 开闭原则

6. 迪米特法则

7. 合成复用原则

3.单一职责原则

对类来说，即一个类只负责一项职责。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细分为两个类，A1类，A2类。

代码：

public class Single {
    public static void main(String[] args) {
        //小明在看纸质书，小红在看电子书
        paperRead r1 = new paperRead();
        r1.read("小明");
​
        eRead r2 = new eRead();
        r2.read("小红");
    }
​
​
}
​
//1.遵守单一职责原则
//2.将类分解，同时修改客户端
​
class paperRead{
​
    public void read(String name){
        System.out.println(name+"在看纸质书...");
    }
​
}
class eRead{
​
    public void read(String name){
        System.out.println(name+"在看电子书...");
    }
​
}
​
public class Single {
    public static void main(String[] args) {
        //小明在看纸质书，小红在看电子书
        ReadType r = new ReadType();
        r.paperRead("小明");
        r.eRead("小红");
    }
​
}
//1.这种方法只是增加方法
//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，仍旧是遵守单一职责原则，对于方法少的可以这样做
class ReadType{
​
    public void paperRead(String name){
        System.out.println(name+"在看纸质书...");
    }

    public void eRead(String name) {
        System.out.println(name + "在看电子书...");
    }
}

3.2 单一职责原则注意事项

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；只有方法数量足够少，才可以在方法级别保持单一职责原则。

4.接口隔离原则

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

示例：

• 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。

• 按接口隔离原则应当这样处理：

  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。

  代码：

package com.atguigu.principle.segregation.improve;
​
public class Segregation1 {
​
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        // 使用一把
        A a = new A();
        a.depend1(new B()); // A类通过接口去依赖B类
        a.depend2(new B());
        a.depend3(new B());
​
        C c = new C();
​
        c.depend1(new D()); // C类通过接口去依赖(使用)D类
        c.depend4(new D());
        c.depend5(new D());
​
    }
​
}
​
// 接口1
interface Interface1 {
    void operation1();
​
}
​
// 接口2
interface Interface2 {
    void operation2();
​
    void operation3();
}
​
// 接口3
interface Interface3 {
    void operation4();
​
    void operation5();
}
​
class B implements Interface1, Interface2 {
    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 D implements Interface1, Interface3 {
    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 A { // A 类通过接口Interface1,Interface2 依赖(使用) B类，但是只会用到1,2,3方法
    public void depend1(Interface1 i) {
        i.operation1();
    }
​
    public void depend2(Interface2 i) {
        i.operation2();
    }
​
    public void depend3(Interface2 i) {
        i.operation3();
    }
}
​
class C { // C 类通过接口Interface1,Interface3 依赖(使用) D类，但是只会用到1,4,5方法
    public void depend1(Interface1 i) {
        i.operation1();
    }
​
    public void depend4(Interface3 i) {
        i.operation4();
    }
​
    public void depend5(Interface3 i) {
        i.operation5();
    }
}

5.依赖倒转原则

依赖倒转原则是指：

1. 高层模块不应该依赖底层模块，二者都应该依赖其抽象；

2. 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象；

3. 依赖倒转的中心思想是面向接口编程；

4. 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；

5. 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去完成

   简单来说，类的方法参数原来是调用特定类的类型，现在倒转过来，使用接口的类型；就是类的参数为接口类型的变量。

依赖关系传递的三种方式：

• 接口传递

• 构造方法传递

• setter方法传递

  代码：

public class DependencyPass {
​
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        ChangHong changHong = new ChangHong();
//      OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
//      openAndClose.open(changHong);

        //通过构造器进行依赖传递
//      OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose(changHong);
//      openAndClose.open();
        //通过setter方法进行依赖传递
        OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
        openAndClose.setTv(changHong);
        openAndClose.open();
​
    }
​
}
​
// 方式1： 通过接口传递实现依赖
// 开关的接口
// interface IOpenAndClose {
// public void open(ITV tv); //抽象方法,接收接口
// }
//
// interface ITV { //ITV接口
// public void play();
// }
//
// class ChangHong implements ITV {
//
//  @Override
//  public void play() {
//      // TODO Auto-generated method stub
//      System.out.println("长虹电视机，打开");
//  }
//
// }
//// 实现接口
// class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
// public void open(ITV tv){
// tv.play();
// }
// }
​
// 方式2: 通过构造方法依赖传递
// interface IOpenAndClose {
// public void open(); //抽象方法
// }
// interface ITV { //ITV接口
// public void play();
// }
// class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
// public ITV tv; //成员
// public OpenAndClose(ITV tv){ //构造器
// this.tv = tv;
// }
// public void open(){
// this.tv.play();
// }
// }
​
​
// 方式3 , 通过setter方法传递
interface IOpenAndClose {
    public void open(); // 抽象方法
​
    public void setTv(ITV tv);
}
​
interface ITV { // ITV接口
    public void play();
}
​
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    private ITV tv;
​
    public void setTv(ITV tv) {
        this.tv = tv;
    }
​
    public void open() {
        this.tv.play();
    }
}
​
class ChangHong implements ITV {
​
    @Override
    public void play() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("长虹电视机，打开");
    }

}

依赖倒转原则注意事项：

• 底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建，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和变化；

• 继承时遵循里式替换原则。

6.里式替换原则

• 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。

这时候，我们就要用到里式替换原则：

1. 里式替换原则在1988年，有麻省理工学院的一位性里的女士提出的；

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，遵循里式替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法；

4. 里式替换原则告诉我们，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。

通用做法：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：

public class Liskov {
​
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        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类不再继承A类，因此调用者，不会再func1是求减法
        //调用完成的功能就会很明确
        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));

        //使用组合仍然可以使用到A类相关方法
        System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));// 这里本意是求出11-3

​
    }
​
}
​
//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
}
​
// A类
class A extends Base {
    // 返回两个数的差
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}
​
// B类继承了A
// 增加了一个新功能：完成两个数相加,然后和9求和
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);
    }
}
​
 

7.开闭原则

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. 编程中遵循其他原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。

示例：

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());
        graphicEditor.drawShape(new Circle());
        graphicEditor.drawShape(new Triangle());
    }
​
}
​
//这是一个用于绘图的类 [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);
        else if (s.m_type == 2)
            drawCircle(s);
        else 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 ");
    }

    //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;
    }
}

​

上述方式的优缺点

1. 优点是比较好理解，简单操作；

2. 缺点是违反了设计模式的ocp原则，即对外扩展，对修改关闭。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. 比如我们这是要心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

把创建Shape类做出抽象类，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，只需要让新的图形来继承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) {
        //使用看看存在的问题
        GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
        graphicEditor.drawShape(new Circle());
        graphicEditor.drawShape(new Triangle());
        graphicEditor.drawShape(new OtherGraphic());
    }
​
}
​
//这是一个用于绘图的类 [使用方]
class GraphicEditor {
    //接收Shape对象，调用draw方法
    public void drawShape(Shape s) {
        s.draw();
    }
​

}
​
//Shape类，基类
abstract class Shape {
    int m_type;

    public abstract void draw();//抽象方法
}
​
class Rectangle extends Shape {
    Rectangle() {
        super.m_type = 1;
    }
​
    @Override
    public void draw() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 绘制矩形 ");
    }
}
​
class Circle extends Shape {
    Circle() {
        super.m_type = 2;
    }
    @Override
    public void draw() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 绘制圆形 ");
    }
}
​
//新增画三角形
class Triangle extends Shape {
    Triangle() {
        super.m_type = 3;
    }
    @Override
    public void draw() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 绘制三角形 ");
    }
}
​
//新增一个图形
class OtherGraphic extends Shape {
    OtherGraphic() {
        super.m_type = 4;
    }
​
    @Override
    public void draw() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 绘制其它图形 ");
    }
}
​
 

8.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有多么复杂，都尽量将逻辑封装在类的内部。对外处理提供的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。

示例：

有一个学校，下属有各个学院和总部，现要求学校总部员工ID和学院员工的id：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
​
//客户端
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 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) {

        //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：

• 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类间（对象间）耦合关系，并不是要求完全没有依赖关系。

9.合成复用原则

尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承

聚合：

组合：

10.设计原则核心思想

1. 找出应用中可能需要变化之处，把他们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起；

2. 针对接口编程，而不是针对实现编程；

3. 为了交互对象之间的松耦合设计而努力。

参考资料：

• 视频资料：https://www.bilibili.com/video/BV1G4411c7N4?p=1&vd_source=437f14fa7b3a06c1e6f15003137675e6

2022-09-24  09:09:56