Java设计模式——七大原则

设计模式的七大原则

概述

设计模式的目的 在编写软件的过程中，程序员面临着来自耦合性，内聚性以及可维护性，可拓展性，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）具有更好的
1）代码重用性（相同功能的代码，不用多次编写）
2）可读性（即规范性，便于uqita程序员的阅读和理解）
3）可扩展性（当需要层架新的功能是，非常的方便，称为可维护）
4）可靠性（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

单一职责原则

基本介绍 对类来说，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。
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
举例介绍

public class SingleResponsibility1{
	public static void main(String[] args){
		Vehicle vehicle=new Vehicle();
		vehicle.run("摩托车");
		vehicle.run("汽车");
		vehicle.run("飞机");
	 }
}
//在run方法中，违反了单一职责原则，飞机应该是在天空飞
class Vehicle{
	public void run(String vehicle){
		System.out.println(vehicle+"在公路上运行....");
	}
}

改进

public class SingleResponsibility2{
	public static void main(String[]args){
		Vehicle2 vehicle2=new Vehicle2();
		vehicle2.run("汽车");
		vehicle2.runWater("轮船");
		vehicle2.runAir("飞机");
	}
}
//在方法级别遵循了单一职责原则（也可在类级别遵循单一职责原则）
class Vehicle2{
	public void run(String vehicle){
		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....");
	} 
}

接口隔离原则

基本介绍 客户端不应该依赖他不需要的接口，即一个类的依赖应该把建立在最小的接口上。
举例

类A通过接口Interface1依赖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。

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("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 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();
	}
}

按照隔离原则应当这样处理：
将接口Interface1根据实际情况拆分成独立的几个接口，类A和类C分别与他们需要的接口建立依赖关系

public class Segregation{
	public static void main(String[] args){
		Aa=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());
	}
}
interface Interface1{
	void operation1();
}
interface Interface2{
	void operation2();
	void operation3();
}
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();
	}
}

依赖倒转原则

基本介绍
1）高层模块不应该依赖底层模块，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）依赖倒转的中心思想是面向接口变成
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。
举例
Person接收消息的功能
方案一

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

这种方式虽然简单，但是如果我们获取的对象是短信，QQ，那么就要新增类，同时Person也要增加相应的接收方法。
方案二
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,这样我们就符号依赖倒转原则。

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());
	}
}

依赖传递的三种方式
1）接口传递

interface IOpenAndClose{
	public void open(ITVtv);//抽象方法,接收接口
}
interfaceITV{
	public void play();
}
class XiaoMi implements ITV{
	@Override
	public void play(){
		System.out.println("小米电视机，打开");
	}
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
	public void open(ITV tv){
		tv.play();
	}
}

2)构造方法传递

interface IOpenAndClose{
	public void open();
}
interface ITV{
	public void play();
}
class XiaoMi implements ITV{
	@Override
	public void play(){
		System.out.println("小米电视机，打开");
	}
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
	public ITV tv;
	public OpenAndClose(ITV tv){
		this.tv=tv;
	}
	public void open(){
		this.tv.play();
	}
}

3)setter方法传递

interface IOpenAndClose{
	public void open();//抽象方法
	public void setTv(ITV tv);
}
interface ITV{
	public void play();
}
class XiaoMi implements ITV{
	@Override
	public void play(){
		System.out.println("小米电视机，打开");
	}
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
	private ITVtv;
	public void setTv(ITV tv){
		this.tv=tv;
	}
	public void open(){
		this.tv.play();
	}
}

依赖倒转原则的注意事项和细节
1）底层模块尽量都要有抽象或接口，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，这样我们的变量应用和实际对象间，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和优化。
3）继承时遵循里式替换原则。

里式替换原则

基本介绍
1）继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法，实际是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须组遵循这些契约，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，增加了对象的耦合性，如果一个雷被其他类所继承，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）在使用继承的时候，遵循里式替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法，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。

开闭原则

基本介绍
1）开闭原则是编程中最基础、最重要的设计原则
2）一个软件实体，模块和函数应该对扩展开放（提供方），对修改关闭（对使用方）。用抽象构建架构，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）编程中遵循其他原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。
举例说明

public class Ocp{
	public static void main(String[] args){
		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 s){
		System.out.println("绘制矩形");
	}
	//绘制圆形
	public void drawCircle(Shape s){
		System.out.println("绘制圆形");
	}
	//绘制三角形
	public void drawTriangle(Shape s){
		System.out.println("绘制三角形");
	}
}
//Shape类，基类
class Shape{
	intm_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;
	}
}

这种方式虽然简单容易理解，但是违背了开闭原则，，即当我们给类增加新的功能的时候，尽量不修改代码，或者尽可能少修改代码。这里如果要新增加一个图形种类，要修改的地方比较多。
改进如下：
把Shape做成抽象类，并提供一个抽象的draw方法，让子类实现即可，实现方的代码不应修改，满足了开闭原则。

public class Ocp{
	public static void main(String[] args){
		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，调用draw方法
	public void drawShape(Shape s){
		s.draw();
	}	
}
//Shape类，基类
abstract class Shape{
	public abstract void draw();
}
class Rectangle extends Shape{
	@Override
	public void draw(){
		System.out.println("绘制矩形");
	}
}
class Circle extends Shape{
	@Override
	public void draw(){
		System.out.println("绘制圆形");
	}
}
//新增画三角形
class Triangle extends Shape{
	@Override
	public void draw(){
		System.out.println("绘制三角形");
	}
}

迪米特法则

基本介绍

1）一个对象应该跟其他对象保持最少的了解。
2）类与类关系密切，耦合度越大。
3）迪米特法则又叫最少知道原则，即一个类对自己依赖的类知道越少越好。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。对外出了提供public方法，不对外泄露任何信息。
4）迪米特更简单的理解：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。耦合的方式有依赖、关联、组合、聚合。其中，我们称出现成员变量，方法参数。方法返回值中的类未直接朋友，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。
举例
打印学校总部员工ID和学员员工id

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 {...}
//学院的员工类
class CollegeEmployee {...}
//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());
		}
	}
}

改进：CollegeEmployee并不是SchoolManager的直接朋友，按照迪米特法则，应该避免类中出现这样的非直接朋友关系的耦合

//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 {...}
//学院的员工类
class CollegeEmployee {...}
//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
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());
		}
	}
}

迪米特法则注意事项
迪米特的核心是降低类之间的耦合，但并不是要求完全没有依赖，只是减少不必要的依赖。

合成复用原则

基本介绍 原则是尽量使用合成、聚合的方式，而不是使用继承

总结-设计原则的核心思想

1）找出应用中可能需要的变化之处，把它独立出来，不要和那些不需要的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。