七大设计原则设计模式学习（一）

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具有更好的：

代码重用性
可读性
可扩展性
可靠性
是程序呈现高内聚，低耦合的特性

七大设计原则：

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

基本介绍：

对类来说，即一个类应该只负责一项职责，如果A类负责两个不同的职责：职责1，指责2。

当职责1需求变更而改变A类时，可能造成职责2执行错误。所以需要将A类的粒度分解为A1，A2。

注意事项与细节：

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，才可以在代码级违反单一职责原则；只有类中方法足够少，可以在方法级别保持单一职责原则。

2.接口隔离原则

基本介绍：

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。
假如类A通过接口Interface1依赖类B，类C通过接口Interface1依赖类D,如果接口对于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。

如图所示，当A类通过接口Interface1依赖（使用）B类，但只会用到operation1，2，3方法；C类通过接口Interface1依赖（使用）D类，但只会用到operation1，4，5方法。

代码示例：

Interface1：

interface Interface1{
    void operation1();
    void operation2();
    void operation3();
    void operation4();
    void operation5();
}

B类：

class B implements Interface1{

    @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");
    }

    @Override
    public void operation4() {
        System.out.println("B 实现了operation4");
    }

    @Override
    public void operation5() {
        System.out.println("B 实现了operation5");
    }
}

D类：

class D implements Interface1{

    @Override
    public void operation1() {
        System.out.println("D 实现了operation1");
    }

    @Override
    public void operation2() {
        System.out.println("D 实现了operation2");
    }

    @Override
    public void operation3() {
        System.out.println("D 实现了operation3");
    }

    @Override
    public void operation4() {
        System.out.println("D 实现了operation4");
    }

    @Override
    public void operation5() {
        System.out.println("D 实现了operation5");
    }
}

A类：

class A{//A类通过接口Interface1依赖（使用）B类，但只会用到operation1，2，3方法
    void depend1(Interface1 i){
        i.operation1();
    }

    void depend2(Interface1 i){
        i.operation2();
    }

    void depend3(Interface1 i){
        i.operation3();
    }
}

C类：

class C{//C类通过接口Interface1依赖（使用）D类，但只会用到operation1，4，5方法
    void depend1(Interface1 i){
        i.operation1();
    }

    void depend4(Interface1 i){
        i.operation4();
    }

    void depend5(Interface1 i){
        i.operation5();
    }
}

问题分析和使用接口隔离原则改进

如上述代码所示，A类通过接口Interface1依赖B类，C类通过接口Interface1依赖D类，

但是Interface1对于A类和C类来说并不是最小接口，那么B类和D类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，A类和C类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Interface1中出现的方法，根据实际情况拆分为三个接口

代码实现：

Interface1拆成三个接口：

interface Interface1{
    void operation1();
}

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

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

B类实现Interface1，2：

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");
    }

}

D类实现1，3接口：

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");
    }
}

A类：

class A{//A类通过接口Interface1,Interface2依赖（使用）B类，但只会用到operation1，2，3方法
    void depend1(Interface1 i){
        i.operation1();
    }

    void depend2(Interface2 i){
        i.operation2();
    }

    void depend3(Interface2 i){
        i.operation3();
    }
}

C类：

class C{//C类通过接口Interface1,Interface3依赖（使用）D类，但只会用到operation1，4，5方法
    void depend1(Interface1 i){
        i.operation1();
    }

    void depend4(Interface3 i){
        i.operation4();
    }

    void depend5(Interface3 i){
        i.operation5();
    }
}

使用：

public static void main(String[] args) throws ParseException {
        A a = new A();
        a.depend1(new B()); //A类通过接口去依赖B
        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D
        c.depend4(new D());
        c.depend5(new D());
    }

结果：

3.依赖倒转原则

基本介绍

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，抽象的东西要稳定得多；

以抽象为基础搭建的架构比以细节为基础的架构要稳定得多。

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去完成。

应用示例

1.请编程完成Person 接收消息的功能。

2.原始代码：

class Email{
    public String getInfo(){
        return "电子邮件信息：hello";
    }
}

/**
分析：
	 1. 该方式简单，容易想到
     2. 如果我们获取的对象是微信，短信等等，则需要新增类，同时Person也要新增相应的接收方法
     3.解决思路：引入一个抽象的接口IReceiver,表示接收者，这样Person类与接口IRecevier发生依赖，因为Email，微信等属于接收的范围，他们各自实现，IReceiver接口就ok,这样就符合依赖倒转原则。
**/
class Person{
    void receive(Email email){
        System.out.println(email.getInfo());
    }
}

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

3.改进后代码：

interface IReceiver{
    String getInfo();
}

class Email implements IReceiver{
    public String getInfo(){
        return "电子邮件信息：hello";
    }
}

class QQ implements IReceiver{
    public String getInfo(){
        return "QQ信息：你好";
    }
}

class Person{
    void receive(IReceiver iReceiver){
        System.out.println(iReceiver.getInfo());
    }
}

依赖关系传递的三种方式和应用案例

1.接口传递实现依赖

//开关的接口
interface IOnAndOff{
    void on(ITV itv);
}


interface ITV{//具体的tv（如电视，ipad等）打开方式自己实现
    void play();
}

//实现接口
class OnAndOff implements IOnAndOff{

    @Override
    public void on(ITV itv) {
        itv.play();
    }
}

2.构造方法传递实现依赖

//开关的接口
interface IOnAndOff{
    void on();
}


interface ITV{//具体的tv（如电视，ipad等）打开方式自己实现
    void play();
}

//实现接口
class OnAndOff implements IOnAndOff{
    private ITV itv;

    public OnAndOff(ITV itv) {
        this.itv = itv;
    }

    @Override
    public void on() {
        itv.play();
    }
}

3.setter方式传递实现依赖

//开关的接口
interface IOnAndOff{
    void on();
    void setTv(ITV itv);
}

interface ITV{//具体的tv（如电视，ipad等）打开方式自己实现
    void play();
}

//实现接口
class OnAndOff implements IOnAndOff{
    private ITV itv;

    @Override
    public void setTv(ITV itv) {
        this.itv = itv;
    }

    @Override
    public void on() {
        itv.play();
    }
}

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。

4.里氏替换原则

关于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。

基本介绍

里氏替换原则通俗的来讲就是:子类可以扩展父类的功能,但不能改变父类原有的功能。
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。
在程序中尽量使用基类类型来对对象进行定义,而在运行时再确定其子类类型,用子类对象来替换父类对象。

示例

//创建一个基类
class Base{
    //把更加基础的方法和成员写到Base类
}

class A extends Base{
    //返回两个数的差
    public int func1(int num1,int num2){
        return num1 - num2;
    }
}

//增加了一个新功能：完成
class B extends Base{
    //如果B需要使用A的方法，使用组合关系,而不是继承A
    private A a = new A();

    //返回两个数的和
    public int func1(int a,int b){
        return a+b;
    }

    public int func2(int a,int b){
        return func1(a,b) +9;
    }

    public int func3(int a,int b){
        return this.a.func1(a,b) +9;
    }
}

5.开闭原则

基本介绍

开闭原则是编程中最基础，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性(提供方)开放，对（使用方）修改关闭。用抽象构建框架，用实现扩展细节。
当软件需求发生变化时，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。
编程中遵循其他原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。

示例

初始代码:

class Shape{
    int m_type;
}

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

class Circle extends Shape{
    public Circle() {
        super.m_type = 2;
    }
}

//用于绘图的类
class GraphicEditor{//使用方
    //接收Shape对象，然后根据type,来绘制不同的图形
    public void drawShape(Shape shape){
        if (shape.m_type == 1) 
            drawRectangle(shape);
        else if (shape.m_type == 2)
            drawCircle(shape);
    }

    private void drawCircle(Shape shape) {
        System.out.println("绘制圆形");
    }

    private void drawRectangle(Shape shape) {
        System.out.println("绘制矩形");
    }
}


public static void main(String[] args) throws ParseException {
        GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());//绘制矩形
        graphicEditor.drawShape(new Circle());//绘制圆形
}

上述代码优缺点：

优点好理解，简单易操作
缺点：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）。
比如我们这时需要新增一个图形种类三角形，我们需要在使用方原有的代码修改

改进代码：

abstract class Shape{
    int m_type;
    public abstract void draw();//抽象方法
}

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

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

class Circle extends Shape{
    public Circle() {
        super.m_type = 2;
    }

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

//用于绘图的类
class GraphicEditor{
    //接收Shape对象，然后根据type,来绘制不同的图形
    public void drawShape(Shape shape){
        shape.draw();
    }
}


 public static void main(String[] args) throws ParseException {
        GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());//绘制矩形
        graphicEditor.drawShape(new Circle());//绘制圆形
 }

6.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。
类与类的关系越密切，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public方法，不对外泄露任何信息。
迪米特法则还有个简单的定义：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。

应用示例

有一个学校，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

初始代码：

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

    public String getId() {
        return id;
    }

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

//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{
    public List<CollegeEmployee> getAllEmployee(){
        ArrayList<CollegeEmployee> collegeEmployees = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            CollegeEmployee collegeEmployee = new CollegeEmployee();
            collegeEmployee.setId("学院员工ID:"+i);
            collegeEmployees.add(collegeEmployee);
        }
        return collegeEmployees;
    }
}

//学校总部员工的管理类
//该类的直接朋友：Employee，CollegeManager
//CollegeEmployee是陌生的类，出现在了局部变量，这违反了迪米特法则
class SchoolManager{
    public List<Employee> getAllEmployee(){
        ArrayList<Employee> employees = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {//这里是模拟数据
            Employee employee = new Employee();
            employee.setId("学校总部员工ID:"+i);
            employees.add(employee);
        }
        return employees;
    }

    void printAllEmployee(CollegeManager collegeManager){
        //CollegeEmployee是陌生类，出现在了局部变量中
        //解决思路：将输出学院员工id的代码封装到CollegeManager中
        List<CollegeEmployee> collegeEmployeeList = collegeManager.getAllEmployee();
        System.out.println("------学院员工-------");
        for (CollegeEmployee collegeEmployee : collegeEmployeeList) {
            System.out.println(collegeEmployee.getId());
        }

        List<Employee> employeeList = this.getAllEmployee();
        System.out.println("------总部员工-------");
        for (Employee employee : employeeList) {
            System.out.println(employee.getId());
        }
    }
}

public static void main(String[] args) throws ParseException {
        SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
        schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
}

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。

改进代码：

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

    public String getId() {
        return id;
    }

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

//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{
    public List<CollegeEmployee> getAllEmployee(){
        ArrayList<CollegeEmployee> collegeEmployees = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            CollegeEmployee collegeEmployee = new CollegeEmployee();
            collegeEmployee.setId("学院员工ID:"+i);
            collegeEmployees.add(collegeEmployee);
        }
        return collegeEmployees;
    }

    public void printCollegeEmployee(){
        List<CollegeEmployee> collegeEmployeeList = this.getAllEmployee();
        System.out.println("------学院员工-------");
        for (CollegeEmployee collegeEmployee : collegeEmployeeList) {
            System.out.println(collegeEmployee.getId());
        }
    }
}

//学校总部员工的管理类
//该类的直接朋友：Employee，CollegeManager
class SchoolManager{
    public List<Employee> getAllEmployee(){
        ArrayList<Employee> employees = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {//这里是模拟数据
            Employee employee = new Employee();
            employee.setId("学校总部员工ID:"+i);
            employees.add(employee);
        }
        return employees;
    }

    void printAllEmployee(CollegeManager collegeManager){
       collegeManager.printCollegeEmployee();
        List<Employee> employeeList = this.getAllEmployee();
        System.out.println("------总部员工-------");
        for (Employee employee : employeeList) {
            System.out.println(employee.getId());
        }
    }
}

public static void main(String[] args) throws ParseException {
        SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
        schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
}

7.合成复用原则

基本介绍

原则尽量使用合成、聚合的方式，而不是使用继承。

8.设计原则核心思想

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。
针对接口编程，而不是针对具体实现编程。
为了交互对象之间的松耦合设计而努力。