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设计模式的七大原则(建议收藏)


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,内聚性以及可维护性,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:

  • 代码重用性(相同功能的代码,不用多次编写)
  • 可读性(编程规范性,便于其他程序员的阅读和理解)
  • 可扩展性(当需要增加新的功能时,非常的方便,称为可维护性)
  • 可靠性(当我们增加新的功能时,对原来的功能没有影响)
  • 使程序呈现高内聚、低耦合的特性

设计模式包含了面向对象的精髓 懂了设计模式,你就懂了面向对象分析和设计(OOA/D )的精要

2、设计模式的七大原则

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

  • 单一职责原则
  • 接口隔离原则
  • 依赖倒转(倒置)原则
  • 里氏替换原则
  • 开闭原则
  • 迪米特法则
  • 合成复用原则

1、单一职责原则

对于一个类来说,一个类应该只负责一个职责。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

1、案例说明

以交通工具为例进行说明

1、案例1

public class SingleResponsibility {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.run("摩托");
vehicle.run("汽车");
//违反了单一职责原则
vehicle.run("飞机");
}

static class Vehicle{
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在公路上跑!!!");
}

}
}

分析:

vehicle.run("飞机");

与其他两个交通工具的方式不同,违反了单一职责

解决:根据交通方式的运行方法不同,分解成不同的类即可

2、案例2

public class SingleResponsibility1 {
public static void main(String[] args) {
RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
roadVehicle.run("汽车");

AirVehicle vehicle = new AirVehicle();
vehicle.run("飞机");

WaterVehicle waterVehicle = new WaterVehicle();
waterVehicle.run("船");

}

static class RoadVehicle{
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在公路上运行!!!");
}
}
static class AirVehicle{
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在天空上运行!!!");
}
}
static class WaterVehicle{
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在水里上运行!!!");
}
}
}

分析:

案例2遵守了单一职责原则,但这样的改动很大,将类分解,同时也要需要客户端

改进:直接修改​​Vehicle​​,改动的代码会比较少==》案例3

3、案例3

public class SingleResponsibility2 {
public static void main(String[] args) {
Vehicle2 vehicle2 = new Vehicle2();
vehicle2.run("汽车");
vehicle2.runRir("飞机");
vehicle2.runWater("船");
}

static class Vehicle2{
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在公路上运行!!!");
}
public void runRir(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在天空上运行!!!");
}
public void runWater(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在水里上运行!!!");
}
}
}

分析:

这种修改方法没有改动很大,只是增加了方法。

但类级别上没有遵循单一职责原则,方法级别上遵守单一职责原则

2、注意事项和细节

  • 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,才可以在代码级别违反单一职责原则;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

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

1、案例说明

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。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-0Hg4We6Z-1669303965227)(Java设计模式学习笔记.assets/image-20210818112734806.png)]

1、案例1

public class Segregation1 {
public static void main(String[] args) {

}
}

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 类通过接口Interface1 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(interface1 i) {
i.operation2();
}
public void depend3(interface1 i) {
i.operation3();
}
}
class C {
/**
C 类通过接口Interface1 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(interface1 i) {
i.operation4();
}
public void depend5(interface1 i) {
i.operation5();
}
}

分析:

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。

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

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OG72oV0W-1669303965230)(Java设计模式学习笔记.assets/image-20210818113326712.png)]

2、案例2

public class Segregation2 {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
a.depend1(new B());
a.depend2(new B());
a.depend3(new B());

//C类通过接口去依赖D类
C c = new C();
c.depend1(new D());
c.depend4(new D());
c.depend5(new D());
}
}

interface Interface1{
void operation1();
}

interface Interface2{
void operation2();
void operation3();
}

interface Interface3{
void operation4();
void operation5();
}

class B implements Interface1 ,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");
}

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 ,Interface2,Interface3{

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 类通过接口Interface1 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 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();
}
}

3、依赖倒转原则

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

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要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,把展现的细节的任务交给他们的实现类去完成

1、案例说明

Person完成接收消息

1、案例1

public class DependenceInversion {

public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
}

static class Email{
public String getInfo(){
return "发送成功!";
}
}

static class Person{
public void receive(Email email){
System.out.println(email.getInfo());
}
}
}

分析:

案例1是比较简单,很容易想到的

如果我们获取的对象是微信或者QQ等消息,则需要新增类,同时Person也要增加相应的方法。

解决思路:引入一个抽象的接口IReceive,表示接收者,这样Person类与接口IReceiver发生依赖,因为Email, WeiXin 等等属于接收的范围,他们各自实现IReceiver 接口就ok, 这样我们就符号依赖倒转原则

2、案例2

public class DependenceInversion {

public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
person.receive(new WeChat());
}

static class Email implements IReceive{
public String getInfo(){
return "发送成功!";
}
}
static class WeChat implements IReceive{
public String getInfo(){
return "WeChat发送成功!";
}
}

interface IReceive{
public String getInfo();
}

static class Person {
public void receive(IReceive iReceive){
System.out.println(iReceive.getInfo());
}
}
}

2、依赖关系传递的三种方式

1、接口传递

public class DependencyPassByInterface {

public static void main(String[] args) {
HuaWei huaWei = new HuaWei();
TvOpen iTvOpen = new TvOpen();
iTvOpen.open(huaWei);
}

interface ITv{
public void play();
}
interface ITvOpen{
public void open(ITv iTv);
}

static class HuaWei implements ITv{
public void play() {
System.out.println("鸿蒙电视牛逼!");
}
}

static class TvOpen implements ITvOpen{
public void open(ITv iTv) {
iTv.play();
}
}
}

2、构造方法传递

public class DependencyPassByConstructor {

public static void main(String[] args) {
HuaWei huaWei = new HuaWei();
TvOpen tvOpen = new TvOpen(huaWei);
tvOpen.open();
}

interface ITv{
public void play();
}
interface ITvOpen{
public void open();
}

static class HuaWei implements ITv{
public void play() {
System.out.println("鸿蒙电视牛逼!");
}
}

static class TvOpen implements ITvOpen{
public ITv iTv;
public TvOpen(ITv iTv){
this.iTv = iTv;
}

public void open() {
this.iTv.play();
}
}
}

3、setter方法传递

public class DependencyPassBySetter {

public static void main(String[] args) {
HuaWei huaWei = new HuaWei();
TvOpen tvOpen = new TvOpen();
tvOpen.setTv(huaWei);
tvOpen.open();
}

interface ITv{
public void play();
}
interface ITvOpen{
public void open();

public void setTv(ITv iTv);
}

static class HuaWei implements ITv{
public void play() {
System.out.println("鸿蒙电视牛逼!");
}
}

static class TvOpen implements ITvOpen{
public ITv iTv;
public void setTv(ITv iTv) {
this.iTv = iTv;
}
public void open() {
this.iTv.play();
}
}
}

3、注意事项和细节

  • 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

4、里氏替换原则

1、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,如何正确的使用继承 ? => 里氏替换原则

2、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。

3、案例说明

1、案例1

public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println("10 - 4 = " + a.fun1(10, 4));
B b = new B();
System.out.println("10 - 4 = " + b.fun1(10, 4));
System.out.println("11 + 3 = " + b.fun2(11, 3));
}
}

class A{
public int fun1(int a, int b){
return a - b;
}
}

class B extends A{
//类B继承类A 重写了fun1方法
@Override
public int fun1(int a, int b){
return a + b;
}
public int fun2(int a, int b){
return a - b;
}
}

分析:

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.

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-PdVFZzHa-1669303965233)(Java设计模式学习笔记.assets/image-20210818152129148.png)]

2、案例2

public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println("10 - 4 = " + a.fun1(10, 4));
B b = new B();
System.out.println("10 - 4 = " + b.fun1(10, 4));
System.out.println("10 - 4 = " + b.fun3(10, 4));
}
}

class Base{
//把更加基础的方法和成员写到Base 类
}
class A extends Base{
public int fun1(int a, int b){
return a - b;
}
}

class B extends Base{

private A a = new A();

public int fun1(int a, int b){
return a + b;
}
public int fun2(int a, int b){
return a - b;
}

/**
* 调用A类的方法
* @param a
* @param b
* @return
*/
public int fun3(int a, int b){
return this.a.fun1(a, b);
}
}

5、开闭原则

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。

1、案例说明

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-L2qYavHV-1669303965234)(Java设计模式学习笔记.assets/image-20210818155329554.png)]

1、案例1

public class Ocp {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawRectangle(new Rectangle());
graphicEditor.drawRectangle(new CieCle());
}

}

class GraphicEditor{
public void drawShape(Shape s){
if (s.type == 1){
drawCieCle(s);
}else if(s.type == 2){
drawRectangle(s);
}
}
public void drawRectangle(Shape r){
System.out.println("绘制矩形");
}
public void drawCieCle(Shape r){
System.out.println("绘制圆形");
}
}

class Shape{
int type;
}
class Rectangle extends Shape{
Rectangle(){
super.type = 1;
}
}
class CieCle extends Shape{
CieCle(){
super.type = 2;
}
}

分析:

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

改进的思路:

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,这样有新的图形种类时,只需要让新的图形继承Shape,并实现draw方法即可,使用方的代码就不需要修改,满足开闭原则

2、案例2

public class Ocp {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new CieCle());
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Triangle());
}

}

class GraphicEditor{
public void drawShape(Shape s){
s.draw();
}
}

abstract class Shape{
int type;

public abstract void draw();
}

class Rectangle extends Shape{
Rectangle(){
super.type = 1;
}

@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制矩形");
}
}

class CieCle extends Shape{
CieCle(){
super.type = 2;
}

@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制圆形");
}
}

class Triangle extends Shape{
Triangle(){
super.type = 3;
}

@Override
public void draw() {
System.out.println("绘制三角形");
}
}

6、迪米特原则

1、基本介绍

  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

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。

2、案例说明

1、案例1

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
* @return
*/
public List<CollegeEmployee> getAllEmployee() {
List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();
//这里我们增加了10 个员工到list
for (int i = 0; i < 10; i++) {
CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
emp.setId("学院员工id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
}
//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. 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());
}
}
}

分析:

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

对代码按照迪米特法则进行改进

2、案例2

public class Demeter {
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());
}
}
}

3、注意事项和细节

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降低类间(对象间)耦合关系, 并不是要求完全没有依赖关系

7、合成复用原则

原则是尽量使用合成/聚合的方式,而不是使用继承

3、设计模式的核心思想

  1. 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。
  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


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