设计模式一：设计模式七大原则

作者: 啊啰哈嘿呀 | 来源:发表于2021-04-04 23:08 被阅读0次

设计模式一：设计模式七大原则

尚硅谷b站视频学习笔记：https://www.bilibili.com/video/BV1G4411c7N4?p=23&spm_id_from=pageDriver

一设计模式的目的

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)
使程序呈现高内聚，低耦合的特性

二设计模式七大原则

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)
设计模式常用的七大原则有:

1)单一职责原则
2)接口隔离原则
3)依赖倒转(倒置)原则
4)里氏替换原则
5)开闭原则
6)迪米特法则
7)合成复用原则

2.1 单一职责原则

对类来说的，即一个类应该只负责一项职责。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.

public class SingleResponsibility {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.run("摩托车");
        vehicle.run("汽车");
        vehicle.run("飞机");
    }
}

// 交通工具类
// 方 式 1
// 1. 在方式 1 的 run 方法中，违反了单一职责原则
// 2. 解决的方案非常的简单，根据交通工具运行方法不同，分解成不同类即可
class Vehicle {
    public void run(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");
    }
}

public class SingleResponsibility3 {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle2 vehicle2 = new Vehicle2();
        vehicle2.run("汽车");
        vehicle2.runWater("轮船");
        vehicle2.runAir("飞机");
    }
}

//方式 3 的分析

//1. 这种修改方法没有对原来的类做大的修改，只是增加方法
//2. 这里虽然没有在类这个级别上遵守单一职责原则，但是在方法级别上，仍然是遵守单一职责
class Vehicle2 {
    public void run(String vehicle) {
//处理
        System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");

    }
    public void runAir(String vehicle) { System.out.println(vehicle + " 在天空上运行....");
    }
    public void runWater(String vehicle) { System.out.println(vehicle + " 在水中行....");
    }

}

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，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；只有类中方法数量足够少，可以在方法级别保持单一职责原则

2.2 接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上


public class Segregation1 {

    public static void main(String[] args) {

    }
}

//接口
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();
    }
}

改进：


public class Segregation1 {

    public static void main(String[] args) {
// 使用一把
        A a = new A();
        a.depend1(new B()); // A 类通过接口去依赖 B 类
        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(使用)D 类
        c.depend4(new D());
        c.depend5(new D());
    }
}

// 接 口 1
interface Interface1 {
    void operation1();

}

// 接 口 2
interface Interface2 {
    void operation2();

    void operation3();
}

// 接 口 3
interface Interface3 {
    void operation4();

    void operation5();
}


class B implements Interface1, Interface2 {


    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");
    }

}

class D implements Interface1, Interface3 {
    public void operation1() {
        System.out.println("D 实现了  operation1");
    }

    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,Interface2 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,Interface3  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();
    }
}

2.3 依赖倒转原则

依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)是指：

1)高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象
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

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

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

//完成 Person 接收消息的功能
//方式 1 分析
//1. 简单，比较容易想到
//2. 如果我们获取的对象是 微信，短信等等，则新增类，同时 Perons 也要增加相应的接收方法
//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 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
class Person {
    public void receive(Email email) {
        System.out.println(email.getInfo());
    }
}

改进：

public class DependecyInversion {

    public static void main(String[] args) {
//客户端无需改变
        Person person = new Person();
        person.receive(new Email());

        person.receive(new WeiXin());
    }

}

//定义接口
interface IReceiver {
    public String getInfo();
}

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

//增加微信
class WeiXin implements IReceiver {
    public String getInfo() {
        return "微信信息: hello,ok";
    }
}

//方式 2
class Person {
    //这里我们是对接口的依赖
    public void receive(IReceiver receiver) {
        System.out.println(receiver.getInfo());
    }
}

依赖倒转原则的注意事项和细节

1)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.
2)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
3)继承时遵循里氏替换原则

2.4 里氏替换原则

OO 中的继承性的思考和说明:

1)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。
2)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
3)问题提出：在编程中，如何正确的使用继承? => 里氏替换原则
基本介绍:
1)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。
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
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。


public class Liskov {

    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));

        System.out.println("-----------------------");
        B b = new B();
        System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3));//这里本意是求出 11-3
        System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));// 1-8 
// System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
    }
}

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

// B 类继承了 A
// 增加了一个新功能：完成两个数相加,然后和 9 求和
class B extends A {
    //这里，重写了 A 类的方法,  可能是无意识
    public int func1(int a, int b) {
        return a + b;
    }

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

改进：


public class Liskov {

    public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));

        System.out.println("-----------------------");
        B b = new B();
//因为 B 类不再继承 A 类，因此调用者，不会再 func1 是求减法
//调用完成的功能就会很明确
        System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));//这里本意是求出 11+3
        
        System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));// 1+8 System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));

//使用组合仍然可以使用到 A 类相关方法
        System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));// 这里本意是求出 11-3

    }
    
}

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

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

// B 类继承了 A


// 增加了一个新功能：完成两个数相加,然后和 9 求和
class B extends Base {
    //如果 B 需要使用 A 类的方法,使用组合关系
    private A a = new A();

    //这里，重写了 A 类的方法,  可能是无意识
    public int func1(int a, int b) {
        return a + b;
    }


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

    //我们仍然想使用 A 的方法
    public int func3(int a, int b) {
        return this.a.func1(a, b);
    }
}

2.5 开闭原则

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。
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 Ocp {

    public static void main(String[] args) {
//使用看看存在的问题
        GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
        graphicEditor.drawShape(new Circle());
        graphicEditor.drawShape(new Triangle());
    }

}

//这是一个用于绘图的类 [使用方]
class GraphicEditor {
    //接收 Shape 对象，然后根据 type，来绘制不同的图形
    public void drawShape(Shape s) {
        if (s.m_type == 1) drawRectangle(s);
        else if (s.m_type == 2) drawCircle(s);
        else if (s.m_type == 3) drawTriangle(s);
    }

    //绘制矩形
    public void drawRectangle(Shape r) {
        System.out.println(" 绘制矩形 ");
    }

    //绘制圆形
    public void drawCircle(Shape r) {
        System.out.println(" 绘制圆形 ");
    }

    //绘制三角形
    public void drawTriangle(Shape r) {
        System.out.println(" 绘制三角形 ");
    }
}

//Shape 类，基类
class Shape {
    int m_type;
}

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

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

//新增画三角形
class Triangle extends Shape {
    Triangle() {
        super.m_type = 3;
    }
}

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，这样我们有新的图形种类时，只需要让新的图形类继承 Shape，并实现 draw 方法即可，使用方的代码就不需要修 -> 满足了开闭原则

package com.atguigu.principle.ocp.improve;

public class Ocp {
    public static void main(String[] args) {
//使用看看存在的问题
        GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
        graphicEditor.drawShape(new Circle());
        graphicEditor.drawShape(new Triangle());
        graphicEditor.drawShape(new OtherGraphic());
    }
}

//这是一个用于绘图的类 [使用方] 
class GraphicEditor {
    //接收 Shape 对象，调用 draw 方法
    public void drawShape(Shape s) {
        s.draw();
    }
}

//Shape 类，基类
abstract class Shape {
    int m_type;

    public abstract void draw();//抽象方法
}


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

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


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

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


//新增画三角形
class Triangle extends Shape {
    Triangle() {
        super.m_type = 3;
    }

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

//新增一个图形
class OtherGraphic extends Shape {
    OtherGraphic() {
        super.m_type = 4;
    }
    
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println(" 绘制其它图形 ");
    }
}

2.6 迪米特法则

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
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。

代码示例：
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


import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//客户端

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
    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;
    }
}

//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. 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());
        }
    }
}

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:


import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//客户端
public class Demeter1 {
    
    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 lis
            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());
        }
    }
}

1)迪米特法则的核心是降低类之间的耦合
2)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

2.7 合成复用原则（Composite Reuse Principle）

原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承

设计模式一：设计模式七大原则

设计模式一：设计模式七大原则

一设计模式的目的

二设计模式七大原则

2.1 单一职责原则

2.2 接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

2.3 依赖倒转原则

2.4 里氏替换原则

2.5 开闭原则

2.6 迪米特法则

2.7 合成复用原则（Composite Reuse Principle）

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2.3 依赖倒转原则

2.4 里氏替换原则

2.5 开闭原则

2.6 迪米特法则

2.7 合成复用原则（Composite Reuse Principle）

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