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为什么要学习设计模式
1、应对面试中的设计模式相关问题；
2、告别写代码被人吐槽的烂代；
3、提高复杂代码的设计和开发能力；
4、让读源码、学框架事半功倍…

1.设计模式概述

“设计模式”来源于建筑领域设计

软件设计模式，又称为设计模式，是一套反复使用，多数人知晓的，经分类编目的，代码设计经验的总结。具有一定的普遍性，可以反复使用。

• 可以提高程序员的思维能力，编程能力和设计能力。
• 设程序设计更加标准化，代码编制更加工程化，是软件开发效率大大提高，从而缩短软件的开发周期
• 使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性强。

• 创建型模式

  用于描述“ 怎样创建对象 ”，它的主要特点是“ 将对象的创建与使用分离 ”。GOF书中提供了单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者5种创建型模式

• 结构型模式

  用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构，提供了代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合等7种结构型模式

• 行为型模式

  用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象无法单独完成的任务，以及怎样分配职责。提供了模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器等11种行为型设计模式

2.UML

统一建模语言UML，是用来设计软件的可视化建模语言。

简单、统一、图形化、能表达软件设计种的动态和静态信息

类图

显示了模型的静态结构，特别是模型中存在的类、类的内部结构以及它们与其他类的关系等。类图不显示暂时性的信息，类图是面向对象建模的主要组成部分。

• 在软件工程中，类图是一种静态的结构图，描述了系统的类的集合，类的属性和类之间的关系，可以简化人对系统的理解
• 类图是系统分析和设计阶段的重要产物，是系统编码和测试的重要模型

类图表示法

类的表示方式

在UML类图中，类使用包含类名、属性（field）和方法且带有分割线的矩形来表示，如下表示一个Employee类，它包含name,age,address三个属性，以及work()方法

可见性符号

• +：表示public
• -：表示private
• #：表示protected

属性的完整表示方式： 可见性 名称：类型 [=缺省值 ]

方法的完整表示方式: 可见性 名称(参数列表) [ :返回值类型 ]

类与类之间的关系

• 关联关系
• 依赖关系
• 继承关系
• 实现关系

关联关系

关联关系是对象之间的一种引用关系，用于表示一类对象与零一类对象之间的联系，如老师和学生、师傅和徒弟等。

• 一般关联关系
• 聚合关系
• 组合关系

一般关联

1.单向关联

带箭头的实线表示。

2.双向关联

不带箭头的直线表示。

3.自关联

带有箭头且指向自身的线表示

聚合关系

关联关系的一种，是强关联关系，是整体和部分的关系。

去和关系也是通过成员对象来实现的，其中成员对象是整体对象的一部分，但是成员对象可以脱离整体对象而独立存在。例如，学校与老师的关系，学校包含老师，但如果学校停办了，老师依然存在。

组合关系

更强烈的聚合关系，整体与部分的关系。

在组合关系中，整体对象可以控制部分对象的生命周期，一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，部分对象不能脱离整体对象而存在。例如，头和嘴的关系，没有了头，嘴也就不存在了。

依赖关系

依赖关系是一种使用关系，它是对象耦合度最弱的一种关联方式，是临时性的关联。在代码中，某个类的方法通过局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用来访问另一个类（被依赖类）中的某些方法来完成一些职责。

继承关系

也称为泛化关系，是对象之间耦合度最大的一种关系，表示一般与特殊的关系，父类与子类的关系，是一种继承关系。

实现关系

接口与实现类之间的关系。在这种关系中，类实现了接口，类中的操作实现了接口所声明的所有抽象操作。

3、软件设计原则

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

1.开闭原则

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。

想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类。

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。

代码实现

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

/*
    搜狗默认皮肤类
 */
public class DefaultSkin extends  AbstractSkin {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("默认皮肤");
    }
}

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

/*
    搜狗输入法
 */
public class SougouInput {
    private AbstractSkin abstractSkin;

    public void setAbstractSkin(AbstractSkin abstractSkin) {
        this.abstractSkin = abstractSkin;
    }

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

/*
    用户类
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建对象
        SougouInput sougou = new SougouInput();
        //2.创建皮肤对象
        HeimaSkin defaultSkin = new HeimaSkin();
        //3.将皮肤设置到输入法
        sougou.setAbstractSkin(defaultSkin);
        //4.显示皮肤
        sougou.display();
    }
}

2.里氏替换原则

子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新功能外，尽量不要重写父类的方法。

如果通过重写父类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，特别时运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大。

代码实现

/*
    正方形类
 */
public class Rectangle {
    private double length;
    private double width;

    public double getLength() {
        return length;
    }

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }

    public double getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }
}

/*
    正方形类
 */
public class Square extends Rectangle{
    @Override
    public void setLength(double length) {
        super.setLength(length);
        super.setWidth(length);
    }

    @Override
    public void setWidth(double width) {
        super.setWidth(width);
        super.setLength(width);
    }
}

/*
    测试类
 */
public class RectangleDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个正方形对象
        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setWidth(20);
        rectangle.setLength(21);
        resize(rectangle);
        printLengthAndWidth(rectangle);

        System.out.println("=========================");
        //创建一个正方形对象
        Square square = new Square();
        square.setLength(20);
        square.setWidth(20);
        resize(square);
        printLengthAndWidth(square);
    }
    //拓宽原则
    public static void resize(Rectangle rectangle){
        while (rectangle.getLength()>= rectangle.getWidth()) {
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
        }
    }

    //打印长方形的长和宽
    public static void printLengthAndWidth(Rectangle rectangle){
        System.out.println(rectangle.getLength());
        System.out.println(rectangle.getWidth());
    }
}

当对象是一个普通长方形时，长方形的宽度会逐渐增加，直到宽大于长。

当对象是一个正方形时，由于长宽相等，正方形的长宽会一直增长，直到系统产生溢出错误。

所以，普通的长方形适合这段代码，正方形不适合。再resize方法中，rectangle类型的参数是不能被square类型所代替，所以square类和rectangle类之间的继承关系违背了里氏代换原则，他们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形。

/*
    四边形接口
 */
public interface Quadrilateral {
    //获取长和宽
    public double getLength();
    public double getWidth();
}

public class Square implements Quadrilateral{
    private double side;

    public double getSide() {
        return side;
    }

    public void setSide(double side) {
        this.side = side;
    }

    @Override
    public double getLength() {
        return side;
    }

    @Override
    public double getWidth() {
        return side;
    }
}

public class Rectangle implements Quadrilateral{
    private double length;
    private double width;
    @Override
    public double getLength() {
        return this.length;
    }

    @Override
    public double getWidth() {
        return this.width;
    }

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }
}

public class RectangleDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个长方形对象
        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setLength(20);
        rectangle.setWidth(19);
        resize(rectangle);
        printLengthAndWidth(rectangle);
    }

    //拓宽原则
    public static void resize(Rectangle rectangle){
        while (rectangle.getLength()>= rectangle.getWidth()) {
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
        }
    }

    //打印长方形的长和宽
    public static void printLengthAndWidth(Quadrilateral quadrilateral){
        System.out.println(quadrilateral.getLength());
        System.out.println(quadrilateral.getWidth());
    }
}

与之前相比，解决了正方形的问题。

3.依赖倒转原则

高层模块不应该依赖底层模块，两者都应该依赖抽象。 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。简单来说，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。

/*
    希捷硬盘
 */
public class XiJieHardDisk {
    public void  save(String date){
        System.out.println("保存的数据为"+date);
    }
    public String get(){
        System.out.println("使用希捷硬盘取数据");
        return "数据";
    }
}

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

/*
    英特尔CPU
 */
public class InterCpu {
    public void  run(){
        System.out.println("使用Intel处理器");
    }
}

public class Computer {
    private XiJieHardDisk hardDisk;
    private KingstonMemory memory;
    private InterCpu cpu;

    public XiJieHardDisk getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

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

    public KingstonMemory getMemory() {
        return memory;
    }

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

    public InterCpu getCpu() {
        return cpu;
    }

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

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

/*
    测试类
 */
public class ComputerDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //创建组件对象
        KingstonMemory memory = new KingstonMemory();
        InterCpu cpu = new InterCpu();
        XiJieHardDisk hardDisk = new XiJieHardDisk();
        //创建计算机对象
        Computer computer = new Computer();
        //组装电脑
        computer.setCpu(cpu);
        computer.setHardDisk(hardDisk);
        computer.setMemory(memory);
        //运行计算机
        computer.run();
    }

上面代码可以组装一台电脑，但对于用户来说，处理器，内存，硬盘可以根据自己的喜好来选择喜欢的配件。违背了开闭原则。

根据依赖倒转原则进行改进

定义接口,将原有的类实现接口

public interface Cpu {
    public void run();
}

public interface HardDisk {
    //存数据
    public void save(String date);

    //取数据
    public String get();
}

public interface Memory {
    //存数据
    public void save();
}

//计算机类
public class Computer {
    private HardDisk hardDisk;
    private Memory memory;
    private Cpu cpu;

    public HardDisk getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

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

    public Memory getMemory() {
        return memory;
    }

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

    public Cpu getCpu() {
        return cpu;
    }

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

    public void run(){

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

public class ComputerDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //创建组件对象
        HardDisk hardDisk=new XiJieHardDisk();
        Memory memory=new KingstonMemory();
        Cpu cpu=new InterCpu();

        //创建计算机对象
        Computer computer = new Computer();
        //组装计算机
        computer.setCpu(cpu);
        computer.setHardDisk(hardDisk);
        computer.setMemory(memory);
        //运行计算机
        computer.run();
    }
}

当我们需要不同的处理器，硬盘，内存条时，只需要新添加一个实现类实现不同的接口，然后创建不同的实例对象。符合依赖倒转原则。

4.接口隔离原则

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。![在

我们需要创建一个黑马品牌的安全门，该门具有防火、防水、防盗功能。可以将防火、防水、防盗功能提取成一个接口，形成一套规范。

代码实现

/*
    安全门接口
 */
public interface SafeDoor {
    //防盗功能
    public void antiTheft();
    //防火功能
    public void fireproof();
    //防水功能
    public void waterproof();
}

public class HeiMaSafeDoor implements SafeDoor{
    @Override
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

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

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

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个黑马安全门对象
        HeiMaSafeDoor heiMaSafeDoor = new HeiMaSafeDoor();
        //调用功能
        heiMaSafeDoor.antiTheft();
        heiMaSafeDoor.waterproof();
        heiMaSafeDoor.fireproof();
    }
}

当一个安全门只需要其中的部分功能时，其他的功能就显得多余，违背了接口隔离原则。

代码改进

代码实现

public interface AntiTheft {
    //防盗
    void antiTheft();
}

public interface Fireproof {
    //防火
    void fireproof();
}

public interface Waterproof {
    //防水
    void waterproof();
}

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

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

    }

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

    }
}

测试类同上

解决了上述的问题，符合接口隔离原则。

5.迪米特法则

又称为最少知识原则

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”： 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。

租房 – 中介 – 房东

明星全身心投入艺术，经纪人负责处理日常事务。

代码实现

/*
    明星类
 */
public class Star {
    private String name;

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

/*
    粉丝类
 */
public class Fans {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

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

/*
    媒体公司类
 */
public class Company {
    private String name;

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

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

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

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("张三");
        agent.setFans(fans);

        //创建媒体公司对象
        Company company = new Company("xx媒体公司");
        agent.setCompany(company);
        //调用方法
        agent.meeting();
        agent.business();
    }
}

6.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，其次再考虑继承关系来实现。

继承复用虽然有简单和易实现的优点，但存在以下缺点：

• 继承复用破坏了类的封装性
• 子类和父类的耦合度高
• 限制了复用的灵活性

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，具有以下优点：

• 维持了类的封装性，“黑箱复用”
• 对象间的耦合度低
• 复用的灵活性高

继承复用

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。

聚合复用