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(软件)，具有更好
- 代码重用性 (即：相同功能的代码，不用多次编写）
- 可读性 (即：编程规范性, 便于其他程序员的阅读和理解)
- 扩展性 (即：当需要增加新的功能时，非常的方便，称为可维护）
- 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
设计模式常用七大原则
- 单一职责原则
- 接口隔离原则
- 依赖倒转原则
- 里式替换原则
- 开闭原则 ocp
- 迪米特法则
- 合成复用原则
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
案例一
public class SingleResponsibility1 {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.run("汽车");
vehicle.run("摩托车");
vehicle.run("飞机");
}
}
class Vehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在公路上行驶");
}
}汽车在公路上行驶
摩托车在公路上行驶
飞机在公路上行驶这个案例违反了单一职责原则
案例二
public class SingleResponsibility2 {
public static void main(String[] args) {
RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
roadVehicle.run("路车");
AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
airVehicle.run("飞机");
}
}
class RoadVehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在公路上行驶");
}
}
class AirVehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在天空上行驶");
}
}路车在公路上行驶
飞机在天空上行驶遵守了单一原则，但是这样做改动很大，即将类分解
案例三
public class SingleResponsibility3 {
public static void main(String[] args) {
Vehicle2 vehicle = new Vehicle2();
vehicle.runRoad("汽车");
vehicle.runAir("飞机");
}
}
class Vehicle2 {
public void runRoad(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在公路上行驶");
}
public void runAir(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + "在空中上行驶");
}
}汽车在公路上行驶
飞机在空中上行驶
- 这种修改方法没有对原来的类做大的修改，只是增加方法
- 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
注意事项
- 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：只有类中方法数量足够少，可以在方法级别保存单一职责原则。
接口隔离原则
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（不需要的方法把大的接口改为小的接口）
案例一
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 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。
public class Segregation1 {
public static void main(String[] args) {
}
}
interface Interface1 {
void operation1();
void operation2();
void operation3();
void operation4();
void operation5();
}
class B implements Interface1 {
@Override
public void operation1() {
System.out.println("B.operation1");
}
@Override
public void operation2() {
System.out.println("B.operation2");
}
@Override
public void operation3() {
System.out.println("B.operation3");
}
@Override
public void operation4() {
System.out.println("B.operation4");
}
@Override
public void operation5() {
System.out.println("B.operation5");
}
}
class D implements Interface1 {
@Override
public void operation1() {
System.out.println("D.operation1");
}
@Override
public void operation2() {
System.out.println("D.operation2");
}
@Override
public void operation3() {
System.out.println("D.operation3");
}
@Override
public void operation4() {
System.out.println("D.operation4");
}
@Override
public void operation5() {
System.out.println("D.operation5");
}
}
class A { //A类通过接口Interface1依赖（使用）B类的方法，但是只会用到1,2,3方法
public void operation1(Interface1 interface1) {
interface1.operation1();
}
public void operation2(Interface1 interface1) {
interface1.operation2();
}
public void operation3(Interface1 interface1) {
interface1.operation3();
}
}
class C { //A类通过接口Interface1依赖（使用）B类的方法，但是只会用到1,4,5方法
public void operation1(Interface1 interface1) {
interface1.operation1();
}
public void operation4(Interface1 interface1) {
interface1.operation4();
}
public void operation5(Interface1 interface1) {
interface1.operation5();
}
}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。也就是采用接口隔离原则
案例二
public class Segregation1 {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
a.operation1(new B()); // A类通过接口去依赖B类.
a.operation2(new B());
a.operation3(new B());
C c = new C();
c.operation1(new B()); // A类通过接口去依赖D类.
c.operation2(new D());
c.operation3(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.operation1");
}
@Override
public void operation2() {
System.out.println("B.operation2");
}
@Override
public void operation3() {
System.out.println("B.operation3");
}
}
class D implements Interface1, Interface3 {
@Override
public void operation1() {
System.out.println("D.operation1");
}
@Override
public void operation4() {
System.out.println("D.operation4");
}
@Override
public void operation5() {
System.out.println("D.operation5");
}
}
class A { //A类通过接口Interface1,Interface2依赖（使用）B类的方法，但是只会用到1,2,3方法
public void operation1(Interface1 interface1) {
interface1.operation1();
}
public void operation2(Interface2 interface2) {
interface2.operation2();
}
public void operation3(Interface2 interface2) {
interface2.operation3();
}
}
class C { //A类通过接口Interface1,Interface3依赖（使用）B类的方法，但是只会用到1,4,5方法
public void operation1(Interface1 interface1) {
interface1.operation1();
}
public void operation2(Interface3 interface3) {
interface3.operation4();
}
public void operation3(Interface3 interface3) {
interface3.operation5();
}
}B.operation1
B.operation2
B.operation3
B.operation1
D.operation4
D.operation5依赖倒转原则
依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)是指：
- 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
- 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
案例一
分析：这种方式如果我们获取的对象是微信，短信等等，则新增类，同时Person也要增加相应的接口方法
public class DependecyInversion {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.reveiceEmail(new Email());
}
}
class Email{
public String sendEmail(){
return "发送邮件:hello world";
}
}
class Person {
public void reveiceEmail(Email email){
System.out.println(email.sendEmail());
}
}解决思路：引入一个抽象的接口IRreceiver，表示接收者，这样Person类与接口IRreceiver发生依赖
因为Email，WeiXin等等属于接收范围，他们各自实现IRreceiver接口就ok，这样就符合依赖倒转原则
案例二
package com.ssm.principle.inversion;
/**
* @author shaoshao
* @version 1.0
* @date 2022/5/9 20:09
*/
public class DependecyInversion {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.reveiceEmail(new Email());
person.reveiceEmail(new WeChat());
}
}
interface IReceiver{
public String getInfo();
}
class Email implements IReceiver{
@Override
public String getInfo() {
return "Email information :hello";
}
}
class WeChat implements IReceiver{
@Override
public String getInfo() {
return "wechat information :hello";
}
}
class Person {
public void reveiceEmail(IReceiver iReceiver){
System.out.println(iReceiver.getInfo());
}
}Email information :hello
wechat information :hello依赖传递的三种方式
接口传递
//第一种方式：接口传递
//开关的接口
interface IOpenAndClose {
public void opoen(ITV tv);//抽象方法，接收接口
}
interface ITV {//ITV接口
public void play();
}
//实现接口
class OpenAndColse implements IOpenAndClose {
@Override
public void opoen(ITV tv) {
tv.play();
}
}
构造方法传递
//方式二：构造方法传递
interface IOpenAndClose {
public void open();//抽象方法
}
interface ITV {//ITV接口
public void play();
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
public ITV tv;//成员
public OpenAndClose(ITV tv) {//构造方法
this.tv = tv;
}
@Override
public void open() {
this.tv.play();
}
}
setter方法传递
//方式三：setter方法传递
interface IOpenAndClose {
public void open();//抽象方法
}
interface ITV {//ITV接口
public void play();
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
private ITV tv;
public void setTv(ITV tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void open() {
this.tv.play();
}
}
注意事项
底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。
继承时要遵循里氏替换原则。
里氏替换原则
里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)
- 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。
- 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。
案例一
public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println("10 - 3 =" + a.func1(10, 3));
B b = new B();
System.out.println("10 - 3 =" + b.func1(10, 3)); // 13 本意是算10-3
System.out.println("10 + 3 + 10 =" + b.func2(10, 3)); // 23
}
}
// 两数只差
class A {
public int func1(int a, int b) {
return a - b;
}
}
// B继承了A并且实现了func1方法两数相加，然后func2调用A的func1方法加10
class B extends A {
// 重写了func1方法，可能是无意识的
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b) {
return func1(a, b) + 10;
}
}10 - 3 =7
10 - 3 =13
10 + 3 + 10=23解决方法：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉， 采用依赖，聚合，组合等关系代替.
案例二
public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
B b = new B();
//因为B类不再继承A类，因此调用者，不会再认为func1是求减法的。
//调用完成的功能就会很明确
System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));
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));
}
}
class Base{
//把更加基础的方法和成员写到Base类
}
// 两数只差
class A extends Base{
public int func1(int a, int b) {
return a - b;
}
}
// B继承了A并且实现了func1方法两数相加，然后func2调用A的func1方法加10
class B extends Base {
private A a = new A();
// 重写了func1方法，可能是无意识的
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b) {
return func1(a, b) + 10;
}
// 仍然想使用A的方法
public int func3(int a, int b) {
return this.a.func1(a, b);
}
}11-3=8
11+3=14
11+3+9=24
11-3=8开闭原则OCP
- 开闭原则（Open Closed Principle）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。
- 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。
- 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。
案例一
public class OCP {
public static void main(String[] args) {
// 查看使用的问题
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
}
}
// 这是一个绘制简单的图形的类
class GraphicEditor {
public void drawShape(Shape shapeType) {
//根据type 绘制不同的图形
if (shapeType.m_type == 1) {
drawRectangle(shapeType);
} else if (shapeType.m_type == 2) {
drawCircle(shapeType);
}
}
public void drawRectangle(Shape rectangle) {
//绘制矩形
System.out.println("绘制矩形");
}
public void drawCircle(Shape circle) {
//绘制圆形
System.out.println("绘制圆形");
}
}
// 基类
class Shape {
int m_type;
}
class Rectangle extends Shape {
//矩形
Rectangle() {
m_type = 1;
}
}
class Circle extends Shape {
//圆形
Circle() {
m_type = 2;
}
}
- 优点是比较好理解，简单易操作。
- 缺点是违反了设计模式的ocp原则，即对扩展开放(提供方)，对修改关闭(使用方)。 即当我们给类增加新功能的时候，尽量不修改代码，或者尽可能少修改代码.。
- 比如我们这时要新增加一个图形种类 三角形，我们需要修改的地方较多
案例二
改进的思路分析：
思路：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
public class OCP {
public static void main(String[] args) {
GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
graphicEditor.drawShape(new Circle());
}
}
// 这是一个绘制简单的图形的类
class GraphicEditor {
public void drawShape(Shape shapeType) {
shapeType.draw();
}
}
// 抽象类
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");
}
}迪米特法则
一个对象应该对其他对象保持最少的了解
类与类关系越密切，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
迪米特法则还有个更简单的定义：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。
案例一
public class Demeter {
public static void main(String[] args) {
SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
}
}
//学校总部员工
class Employee {
private String id;
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
}
//学院员工
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++) {//增加了10个员工
CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
emp.setId("学院员工id=" + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
}
/**
* 管理学校员工的类
* 分析：SchoolManager类的直接朋友有哪些？
* 直接朋友有“Employee”、“CollegeManager”
* 非直接朋友有“CollegeEmployee”
* 这就违背了迪米特法则
*/
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++) { //增加了5个员工
Employee emp = new Employee();
emp.setId("学校总部员工id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
//完成输出学校总部和学院员工信息的方法
void printAllEmployee(CollegeManager sub) {
//获取学院员工
//CollegeEmployee是以局部变量的形式出现在SchoolManager类中
//解决方案：将获取学院员工的方法封装到CollegeManager中
List<CollegeEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
System.out.println("------------学院员工------------");
for (CollegeEmployee e : list1) {
System.out.println(e.getId());
}
//获取学校总部员工
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。
按照迪米特法则，应该避免出现非直接朋友关系的耦合。
案例二
public class Demeter {
public static void main(String[] args) {
SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
}
}
//学校总部员工
class Employee {
private String id;
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
}
//学院员工
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++) {//增加了10个员工
CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
emp.setId("学院员工id=" + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
//获取学院员工
public void printEmployee() {
List<CollegeEmployee> list1 = this.getAllEmployee();
System.out.println("------------学院员工------------");
for (CollegeEmployee e : list1) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
/**
* 管理学校员工的类
* 分析：SchoolManager类的直接朋友有哪些？
* 直接朋友有“Employee”、“CollegeManager”
* 非直接朋友有“CollegeEmployee”
* 这就违背了迪米特法则
*/
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++) { //增加了5个员工
Employee emp = new Employee();
emp.setId("学校总部员工id= " + i);
list.add(emp);
}
return list;
}
//完成输出学校总部和学院员工信息的方法
void printAllEmployee(CollegeManager sub) {
//获取学院员工
sub.printEmployee();
//获取学校总部员工
List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
System.out.println("------------学校总部员工------------");
for (Employee e : list2) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
注意事项
迪米特法则的核心是降低类之间的耦合性。
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。
合成复用原则
合成复用原则就是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。
设计原则的核心思想
- 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；
- 针对接口编程，而不是针对实现编程；
- 为了交互对象之间的松耦合设计而努力。
文章均总结自尚硅谷Java设计模式,不是原创，算是转载