设计模式七大设计原则

单一职责原则

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

案例交通工具类

方式1


public class SingleResponsibility1 {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.run("摩托车");
        vehicle.run("汽车");
        vehicle.run("飞机");
    }
}

class Vehicle {
    public void run(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");
    }
}

在方式1 的run方法中，违反了单一职责原则，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

方式2 根据交通工具运行方法不同，分解成不同类


public class SingleResponsibility2 {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
		roadVehicle.run("摩托车");
		roadVehicle.run("汽车");
		
		AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
		
		airVehicle.run("飞机");
	}

}

class RoadVehicle {
	public void run(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + "公路运行");
	}
}

class AirVehicle {
	public void run(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + "天空运行");
	}
}

class WaterVehicle {
	public void run(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + "水中运行");
	}
}

方案2的分析 : 遵守单一职责原则但是这样做的改动很大，即将类分解，同时修改客户端改进：直接修改Vehicle 类，改动的代码会比较少

方案3 没有对原来的类做大的修改，只是增加方法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


public class SingleResponsibility3 {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Vehicle2 vehicle2  = new Vehicle2();
		vehicle2.run("汽车");
		vehicle2.runWater("轮船");
		vehicle2.runAir("飞机");
	}

}


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....");
	}
	
	//方法2.
	//..
	//..
	
	//...
}

单一职责原则注意事项和细节

降低类的复杂度，一个类只负责一项职责。

提高类的可读性，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，可以在方法级别保持单一职责原则

接口隔离原则

客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

案例

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) {
		// TODO Auto-generated method stub

	}

}

//接口
interface Interface1 {
	void operation1();
	void operation2();
	void operation3();
	void operation4();
	void operation5();
}

class B implements Interface1 {
	@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");
	}
	@Override
	public void operation4() {
		System.out.println("B 实现了 operation4");
	}
	@Override
	public void operation5() {
		System.out.println("B 实现了 operation5");
	}
}

class D implements Interface1 {
	@Override
	public void operation1() {
		System.out.println("D 实现了 operation1");
	}
	
	@Override
	public void operation2() {
		System.out.println("D 实现了 operation2");
	}
	@Override
	public void operation3() {
		System.out.println("D 实现了 operation3");
	}
	@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 { //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();
	}
}

按隔离原则应当这样处理：

将接口 Interface1 拆分为独立的几个接口(这里我们拆分成 3 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 Segregation1 {

	public static void main(String[] args) {
		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 {
	@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 { // 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

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。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

案例接收消息

发消息的时候,尽量依赖接口而不是具体的某一致消息类

方式1 直接用Email来发邮件,并作为方法的入参


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

//完成Person接收消息的功能

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

方案1 优点实现简单，比较容易想到缺点: 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

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


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

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

class Person {
    public void receive(IReceiver receiver ) {
        System.out.println(receiver.getInfo());
    }
}

注意事项：

低层模块尽量都要有抽象类或接口，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

依赖关系传递的三种方式

接口传递

不需要成员变量，直接通过方法参数把实现类传递过去


interface IOpenAndClose {
    public void open(ITV tv);
}

interface ITV {
    public void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    @Override
    public void open(ITV tv) {
        tv.play();
    }
}

class ChangHong implements ITV {
    @Override
    public void play() {
        System.out.println("长虹电视机，打开");
    }
}

构造方法传递

ITV的实现类作为成员变量，利用构造器初始化


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) { //构造器
        this.tv = tv;
    }
    @Override
    public void open() {
        this.tv.play();
    }
}

class ChangHong implements ITV {
    @Override
    public void play() {
        System.out.println("长虹电视机，打开");
    }
}

setter 方式传递

ITV的实现类作为成员变量，利用setter初始化


// 方式3 , 通过setter方法传递
interface IOpenAndClose {
    public void open(); // 抽象方法
    public void setTv(ITV tv);
}

interface ITV { // ITV接口
    public void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    private ITV tv;
    
    @Override
    public void setTv(ITV tv) {
        this.tv = tv;
    }
    @Override
    public void open() {
        this.tv.play();
    }
}

class ChangHong implements ITV {
    @Override
    public void play() {
        System.out.println("长虹电视机，打开");
    }
}

里氏替换原则

OO编程中的继承性缺点

子类对已经实现的方法1任意修改,会对整个继承体系造成破坏

增加类之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。因为父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障

里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，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。可以通过聚合、组合、依赖来解决问题

案例


class A {
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}

class B extends A {
    //这里，重写了A类的方法, 可能是无意识
    @Override
    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用的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖，聚合，组合等关系代替


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);
	}
}

开闭原则

开闭原则Open Closed Principle 是编程中最基础、最重要的设计原则:

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。

案例


//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;
    }
}


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());
	}

}

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，我们需要做修改的地方较多

方式1 的改进的思路分析把创建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



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() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 绘制矩形 ");
	}
}

class Circle extends Shape {
	Circle() {
		super.m_type = 2;
	}
	@Override
	public void draw() {
		// TODO Auto-generated method stub
		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() {
		// TODO Auto-generated method stub
		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() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 绘制其它图形 ");
	}
}

迪米特原则

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。

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

迪米特法则中的“朋友”是指：当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。

而出现在局部变量中的类不是直接的朋友。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


//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());
		}
	}
}

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

List<CollegeEmployee> list1 = sub.getAllEmployee(); 将这段代码再次封装,放入 CollegeManager 里


//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 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

合成复用原则

合成复用原则是指：尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。

通常类的复用分为继承复用和合成复用两种。

继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也存在以下缺点：

继承复用破坏了类的封装性。因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这种复用又称为“白箱”复用。

子类与父类的耦合度高。父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，这不利于类的扩展与维护。

它限制了复用的灵活性。从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。

采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象中，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下优点：

它维持了类的封装性。因为成分对象的内部细节是新对象看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”复用。

对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。

复用的灵活性高。这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。

尽量has A，而不是is A。这样耦合度更低

三种has A的方式：

1、依赖dependency，传参

2、聚合aggregation，setter

3、组合composite，初始化构造