设计模式七大原则

设计模式体现了代码的耦合性， 内聚性以及可维护性，可扩展性，重用性，灵活性。

  • 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，称为可维护）
  • 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

Scott Mayers在其巨著《Effective C++》说过: C++老手和C++新手的区别就是前者手背上有很多伤疤。

  • 同样是面向对象，当然也可指 Java

一、单一职责原则（Single responsibility）

单一职责原则注意事项和细节：

  • 1、降低类的复杂度，一个类只负责一项职责；

  • 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，应当遵守单一职责原则， 只有逻辑足够简单，才可以在方法级违反单一职责原则。

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/**
 * @author Yu
 * 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
 */
public class SingleResponsility {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.run("布加迪威龙");
        vehicle.fly("波音747");
    }
}

// 逻辑简单，方法级别实现单一职责
// 逻辑复杂，分类实现单一职责
class Vehicle {

    public void run(String string) {
        System.out.println(string + "：是陆地交通工具");
    }

    public void fly(String string) {
        System.out.println(string + "：是空中交通工具");
    }
}

二、接口隔离原则（Interface Segregation）

  • 1、类A通过接口 Interface1、2 依赖类B，类C通过接口 Interface1、3 依赖类D，如果接口 Interface 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。

  • 2、将接口 Interface 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。

  • 3、接口 Interface 中出现的方法，根据实际情祝拆分为三个接口。

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

        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 {

    @Override
    public void Operation1() {
        System.out.println("B 实现了 Operation1");
    }

    @Override
    public void Operation2() {
        System.out.println("B 实现了 Operation2");
    }

    @Override
    public void Operation3() {
        System.out.println("B 实现了 Operation3");
    }
}

class D implements interface1, interface3 {

    @Override
    public void Operation1() {
        System.out.println("D 实现了 Operation1");
    }

    @Override
    public void Operation4() {
        System.out.println("D 实现了 Operation4");
    }

    @Override
    public void Operation5() {
        System.out.println("D 实现了 Operation5");
    }
}

class A {

    public void depend1(interface1 i) {
        i.Operation1();
    }

    public void depend2(interface2 i) {
        i.Operation2();
    }

    public void depend3(interface2 i) {
        i.Operation3();
    }
}

class C {

    public void depend1(interface1 i) {
        i.Operation1();
    }

    public void depend4(interface3 i) {
        i.Operation4();
    }

    public void depend5(interface3 i) {
        i.Operation5();
    }
}

三、依赖倒转原则（Dependence Inversion）

  • 1、高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象（缓冲层）；
  • 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)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。

依赖关系三种传递方式：

  • 接口传递（依赖）
  • 构造方法传递（依赖）
  • setter方式传递（聚合）
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public class DependenceInversion {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.receive(new Email());
        person.receive(new WeChat());
    }
}

interface Info{
    String getInfo();
}

class Email implements Info{

    @Override
    public String getInfo() {
        return "Receive Email";
    }
}

class WeChat implements Info{

    @Override
    public String getInfo() {
        return "Receive WeChat";
    }
}

//person 接受信息
class Person {

    public void receive(Info info) {
        System.out.println(info.getInfo());
    }
}

四、里氏替换原则（Liskov Substitution）

  • 1、里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)在1988年，由麻省理工学院一位姓里的女士提出；

  • 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、继承实际上让两个类耦合性增强了，给程序带来侵入性。在适当的情况下，可以通过聚合，组合，依赖来解决问题；

  • 5、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。

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    public class LiskovSubstitution {
        public static void main(String[] args) {
            A a = new A();
            System.out.println("2-1=" + a.func1(2, 1));

            B b = new B();
            System.out.println("2+1=" + b.func1(2, 1));
            System.out.println("2+1+9=" + b.func2(2, 1));
            System.out.println("B类使用A类方法：2-1=" + b.func3(2, 1));
        }
    }

    class Base {
        //把基础方法和成员抽取成基类
        public int func1(int num1, int num2) {
            return num1 - num2;
        }
    }

    class A extends Base {

    //    public int func1(int num1, int num2) {
    //        return num1 - num2;
    //    }
    }

    class B extends Base {

          // TODO 类 B `无意` 重写了父类 A 方法，造成原有方法发生改变。
    //    @Override
    //    public int func1(int num1, int num2) {
    //        return num1 + num2;
    //    }

        @Override
        public int func1(int num1, int num2) {
            return num1 + num2;
        }

        public int func2(int num1, int num2) {
            return func1(num1, num2) + 9;
        }

        private A a = new A();//组合

        //使用 A 方法
        public int func3(int num1, int num2) {
            return this.a.func1(num1, num2);
        }
    }

五、开闭原则 OCP（Open Closed）

  • 1、开闭原则(Open Closed Principle) 是编程中最基础、最重要的设计原则；

  • 2、一个软件实体，比如类，模块和函数应该对提供方扩展开放，对使用方修改关闭。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。

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    public class OpenClosed {
        public static void main(String[] args) {
            Use use = new Use();
            use.drawShape(new Triangle());
            use.drawShape(new Circle());
            use.drawShape(new OtherGraphics());//只需要让 此类继承 抽象类，子类实现具体方法  OCP原则
        }
    }

    class Use {
        public void drawShape(Shape shape) {
            shape.draw();
        }
    }

    abstract class Shape {
        public abstract void draw();
    }

    class Triangle extends Shape {

        @Override
        public void draw() {
            System.out.println("子类实现具体功能：三角形");
        }
    }

    class Circle extends Shape {

        @Override
        public void draw() {
            System.out.println("子类实现具体功能：圆形");
        }
    }

    class OtherGraphics extends Shape {

        @Override
        public void draw() {
            System.out.println("子类实现具体功能：任何形状");
        }
    }

六、迪米特法则（Demeter）

  • 1、一个对象应该对其他对象保持最少的了解（最少知道原则 LKP）。

  • 2、类与类关系越密切，耦合度越大。要求降低类之间耦合，而不是完全解耦。

  • 3、迪米特法则(Demeter Principle)，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public方法，不对外泄露任何信息。

  • 4、迪米特法则更简单的定义：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。

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class A{
	B b;//全局变量 - 直接朋友
	public B m1(){} //方法返回值 - 直接朋友
	public void m2(B b){}//方法入参 - 直接朋友
	public void m3(){
		B b1 = new B();// 局部变量 非直接朋友
	}
}
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public class Demeter {
    public static void main(String[] args) {
        SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
        schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
    }
}

//学院员工类
class CollegeEmployee {
    private String id;

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }
}

//管理学院员工的管理类:
class CollegeManager {
    //返回学院的所有员工 //TODO CollegeEmployee 直接朋友
    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 printCollegeEmployee() {
        List<CollegeEmployee> list1 = this.getAllEmployee();
        System.out.println("---学院员工----");
        for (CollegeEmployee e : list1) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

//学校总部员工类
class SchoolEmployee {
    private String id;

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }
}

//学校管理类
//TODO 直接朋友 Employee CollegeManager
class SchoolManager {
    //返回学校总部的员工
    public List<SchoolEmployee> getAllEmployee() {
        List<SchoolEmployee> list = new ArrayList<SchoolEmployee>();
        for (int i = 0; i < 5; i++) { //这里我们增加了5个员工到list
            SchoolEmployee emp = new SchoolEmployee();
            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
        //TODO 非直接朋友 CollegeEmployee  应该提取到  CollegeManager
//        List<CollegeEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
//        System.out.println("---学院员工----");
//        for (CollegeEmployee e : list1) {
//            System.out.println(e.getId());
//        }
        sub.printCollegeEmployee();//只提供方法，不把具体实现放在其他类里面。

        //获取到学校总部员工
        List<SchoolEmployee> list2 = this.getAllEmployee();
        System.out.println("------学校总部员工------");
        for (SchoolEmployee e : list2) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

七、合成复用原则（Composite Reuse）

合成复用原则 尽量使用组合/聚合的方式，而不是使用继承。

  • 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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public class CompositeReuse {
  public static void main(String[] args) {
      System.out.println("------依赖------");
      B b = new B();
      b.Operation1(new A());

      System.out.println("------聚合------");
      b.setA(new A());
      b.Operation2();

      System.out.println("------组合------");
      b.Operation3();
  }
}

class A {
  void Operation1() {
      System.out.println("A Operation1");
  }

  void Operation2() {
      System.out.println("A Operation2");
  }

  void Operation3() {
      System.out.println("A Operation3");
  }
}

//如果只是需要用到 A类的方法，尽量不要使用继承。而是使用，依赖，聚合，组合的方式
class B {
  void Operation1(A a) {//TODO 依赖
      a.Operation1();
      a.Operation2();
      a.Operation3();
  }

  //==============================================================
  A a;
  public void setA(A a) {
      this.a = a;
  }

  void Operation2() {//TODO 聚合
      a.Operation1();
      a.Operation2();
      a.Operation3();
  }

  //==============================================================
  A a1 = new A();

  void Operation3() {//TODO 组合
      a1.Operation1();
      a1.Operation2();
      a1.Operation3();
  }
}

UML（Unified Modeling Language）

IDEA PlantUML表示类与类之间的关系的符号

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@startuml

Class1 <|-- ClassA:泛化
Class2 <-- ClassB:关联
Class3 *-- ClassC:组合
Class4 o-- ClassD:聚合
Class5 <|.. ClassE:实现
Class6 <.. ClassF:依赖

@enduml

依赖（Dependence）

只要是在类中用到了对方，那么他们之间就存在依赖关系。如果没有对方，连编绎都通过不了。

  • 类中用到了对方；

  • 类的成员属性；

  • 方法的返回类型；

  • 方法接收的参数类型；

  • 方法中使用到。

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/**
 * @author Yu
 * 类中用到了对方；
 * 类的成员属性；
 * 方法的返回类型；
 * 方法接收的参数类型；
 * 方法中使用到；
 */
public class Dependence {
    A a;//TODO 类的成员属性

    public A save(B b) {//TODO 方法接收的参数类型
        //TODO 方法的返回类型
        System.out.println("");
        A a = new A();//TODO 方法中使用到
        return a;
    }
}

class A {}

class B {}

继承（泛化 Generalization）

泛化关系实际上就是继承关系，依赖关系的特例。

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public class Generalization extends Base {

    @Override
    public void get(Object oId) {

    }

    @Override
    public void put(Object oName) {

    }
}

abstract class Base {
    abstract public void get(Object oId);

    abstract public void put(Object oName);
}

实现（Realization）

实现关系实际上就是 A类 实现 B接口，依赖关系的特例。

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public class Implementation implements Base {
    @Override
    public void init() {
        System.out.println("init");
    }
}

interface Base {
    void init();
}

关联（Association）

类与类之间的关系，依赖关系的特例。

关联具有导航性：即双向关系或单向关系。

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public class Person {
    private IDCard idCard;
}

class IDCard {
    //private Person person;
}

聚合（Aggregation）

表示的是整体和部分的关系，整体与部分可以分开，关联关系的特例。

聚合关系是关联关系的特例，所以他具有关联的导航性与多重性。

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public class Computer {
    private Mouse mouse;
    private Keyboard keyboard;

    public void setMouse(Mouse mouse) {
        this.mouse = mouse;
    }

    public void setKeyboard(Keyboard keyboard) {
        this.keyboard = keyboard;
    }
}

class Mouse {}

class Keyboard {}

组合（Composite）

整体与部分的关系，但是整体与部分不可以分开，关联关系的特例。

级联删除就是组合关系。

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public class Computer {
   private CPU cpu = new CPU();
   private SSD ssd = new SSD();
}

class CPU {}

class SSD {}