设计模式七大原则

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

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。
/**
 * @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。
image
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)
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。
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。
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。
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
    }
}
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。
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();
    }
}

八: UML(Unified Modeling Language)

IDEA PlantUML表示类与类之间的关系的符号

@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
image
8.1: 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。
image
/**
 * @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 {}
8.2: 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。

image
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);
}
8.3: 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。

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

interface Base {
    void init();
}
8.3: 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。

image
public class Person {
    private IDCard idCard;
}

class IDCard {
    //private Person person;
}
8.4: 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。

image
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。

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

class CPU {}

class SSD {}

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