Java设计模式笔记（1）设计模式七大原则

2023年07月04日 80

学习笔记

1. 设计模式介绍

设计模式是程序员在面对同类软件工程设计问题所总结出来的有用经验，模式不是代码，而是某类问题的通用解决方案设计模式（Design pattern）代表了最佳的实践。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来。

2. 设计模式的目的

编写软件过程中，程序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 )，具有更好的：

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 )
可扩展性 (即：当需要增加新的功能时，非常方便称为可维护 )
可靠性 (即：当我们增加新的功能后，对原来没有影响 )
使程序呈现高内聚，低耦合的特性

3. 设计模式七大原则

设计模式原则，其实就是程序员在编时应当遵守的也是各种设计模式的基础 (即：设计模式为什么这样的依据 )
设计模式常用的七大原则有 :

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

3.1 单一职责原则：每个类只负责自己的事情，而不是变成万能的

3.1.1 基本介绍

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

3.1.2 注意事项和细节

降低类的复杂度，一个类只负责一项职责。
提高类的可读性，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，可以在方法级别保持单一职责原则

3.2 接口隔离原则：各个类建立自己的专用接口，而不是建立万能接口

3.2.1 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

我们先看一张图：

上图中，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。

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。

3.3 依赖倒转原则：面向接口编程，而不是面向实现类

3.3.1 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(实现)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

总结： 我们使用依赖倒转原则的目的就是使用接口或者抽象类去定义规范。我们只需要依赖接口就行了。需要实现拓展的功能直接交给子类去完成，接口可以实现统一管理。代码示例如下：

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

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());
    }
}

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());
    }
}

3.3.2 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

3.4 里氏替换原则：继承父类而不去改变父类

3.4.1 OO 中的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。
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
问题提出：在编程中，如何正确的使用继承? => 里氏替换原则

3.4.2 基本介绍

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。
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。

3.4.3 问题和思考

下面看个程序, 思考下问题和解决思路

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;
    }
}

我们发现原来运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类 B 无意中重写了父类的方法，造成原有功能出现错误。在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候

通用的做法是：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。

改进方案：

代码实现：

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();
        //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);
    }
}

3.5 开闭原则：拓展新类而不是修改旧类

3.5.1 基本介绍

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。

3.5.2 问题和思考

看一个画图形的功能：

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;
    }
}

问：上面代码的优缺点分别是什么？

答：

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。比如我们要新增加一个图形种类曲线，我们需要修改的地方较多。

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改 ->满足了开闭原则
改进后的代码：

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());
        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 ");
    }
}

3.5.3 总结

使用开闭原则，就是要灵活使用抽象类和接口。其它设计原则的设计其实也是有遵守开闭原则的。

3.6 迪米特法则：无需直接交互的两个类，如果需要交互，使用中间者

3.6.1 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。

3.6.2 注意事项和细节

迪米特法则的核心是降低类之间的耦合
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

3.6.3 总结

总结：如何很好的实现迪米特法则，把握核心点。

类的直接朋友：出现在成员变量、方法参数、方法返回值中的类。
类的非直接朋友：出现在局部变量中的类。

因此，迪米特法则就是要优化类的非直接朋友，一个类里面最好就是只有直接朋友，而没有非直接朋友，所以，遵守迪米特法则，直接将非直接朋友进行优化即可。

3.7 合成复用原则：优先组合，其次继承

3.7.1 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

【Ubuntu】Ubuntu 22.04安装VMware Tools

【RustDesk】自建远程桌面服务

软件评测师笔记（8）软件工程

jacoco多module场景文件合并

软件评测师笔记（1）计算题总结

我们结婚啦

Java设计模式笔记（1）设计模式七大原则

1. 设计模式介绍

2. 设计模式的目的

3. 设计模式七大原则

3.1 单一职责原则：每个类只负责自己的事情，而不是变成万能的

3.1.1 基本介绍

3.1.2 注意事项和细节

3.2 接口隔离原则：各个类建立自己的专用接口，而不是建立万能接口

3.2.1 基本介绍

3.3 依赖倒转原则：面向接口编程，而不是面向实现类

3.3.1 基本介绍

3.3.2 注意事项和细节

3.4 里氏替换原则：继承父类而不去改变父类

3.4.1 OO 中的继承性的思考和说明

3.4.2 基本介绍

3.4.3 问题和思考

3.5 开闭原则：拓展新类而不是修改旧类

3.5.1 基本介绍

3.5.2 问题和思考

3.5.3 总结

3.6 迪米特法则：无需直接交互的两个类，如果需要交互，使用中间者

3.6.1 基本介绍

3.6.2 注意事项和细节

3.6.3 总结

3.7 合成复用原则：优先组合，其次继承

3.7.1 基本介绍

【Ubuntu】Ubuntu 22.04安装VMware Tools

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1. 设计模式介绍

2. 设计模式的目的

3. 设计模式七大原则

3.1 单一职责原则： 每个类只负责自己的事情，而不是变成万能的

3.1.1 基本介绍

3.1.2 注意事项和细节

3.2 接口隔离原则：各个类建立自己的专用接口，而不是建立万能接口

3.2.1 基本介绍

3.3 依赖倒转原则：面向接口编程，而不是面向实现类

3.3.1 基本介绍

3.3.2 注意事项和细节

3.4 里氏替换原则：继承父类而不去改变父类

3.4.1 OO 中的继承性的思考和说明

3.4.2 基本介绍

3.4.3 问题和思考

3.5 开闭原则：拓展新类而不是修改旧类

3.5.1 基本介绍

3.5.2 问题和思考

3.5.3 总结

3.6 迪米特法则：无需直接交互的两个类，如果需要交互，使用中间者

3.6.1 基本介绍

3.6.2 注意事项和细节

3.6.3 总结

3.7 合成复用原则：优先组合，其次继承

3.7.1 基本介绍

3.1 单一职责原则：每个类只负责自己的事情，而不是变成万能的