设计模式:七大设计原则
设计模式是为了让程序具有更好的
代码重用性(相同功能的代码,不用多次编写)
可读性(编程规范性,便于其他程序员的阅读和理解)
可扩展性(当需要增加新的功能时,非常的方便,称为可维护)
可靠性(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。
一、单一职责
1、基本介绍
在Java中,对一个类来说,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
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,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(一个类只负责一项职责)。只有在逻辑足够简单,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,才可以在方法级别保持单一原则。(可参照代码Demo3)
3、代码实现案例
(1)Demo1(违反了单一职责原则)
package com.dashu.principle.single_responsibility;public class SinglenessDemo {public static void main(String[] args) {Vehicle vehicle = new Vehicle();vehicle.run("汽车");vehicle.run("飞机");vehicle.run("轮船");}}/*** 问题:* 在该Demo中,类Vehicle违反了单一职责原则。包含了同时在三中场景运行的交通工具(水路空);同时汽车和轮船不应该在公路上运行* <p>* 解决:* 遵守单一职责原则。根据交通工具运行场景不同,分解成不同的类。*//*** 交通工具*/class Vehicle {public void run(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在公路上运行。。。");}}
(2)Demo2(采用单一职责原则)
package com.dashu.principle.single_responsibility;public class SinglenessDemo {public static void main(String[] args) {RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();roadVehicle.run("汽车");AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();airVehicle.run("飞机");WaterVehicle waterVehicle = new WaterVehicle();waterVehicle.run("轮船");}}/*** 问题:* 在该Demo中,遵守了单一职责原则* 但是这样做的改动很大(Demo逻辑很简单),即将类分解了,同时修改客户端* <p>* 解决:* 直接修改Vehicle类,在方法层级上实现单一职责原则*//*** 道路交通工具*/class RoadVehicle {public void run(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在公路上运行。。。");}}/*** 天空交通工具*/class AirVehicle {public void run(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在天空中运行。。。");}}/*** 水上交通工具*/class WaterVehicle {public void run(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在水上运行。。。");}}
(3)Demo3(方法级别单一原则)
package com.dashu.principle.single_responsibility;public class SinglenessDemo {public static void main(String[] args) {AllVehicle vehicle = new AllVehicle();vehicle.run("汽车");vehicle.runAir("飞机");vehicle.runWater("轮船");}}/*** 这种修改方法没有对原来的类做出大的修改,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,但是在方法上,任然遵守单一职责*//*** 交通工具*/class AllVehicle {public void run(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在公路上运行。。。");}public void runAir(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在天空中运行。。。");}public void runWater(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在水上运行。。。");}}
二、接口隔离原则
1、基本介绍
一个类对另外一个类的依赖应该建立在最小接口上。
2、案例
3、改进
4、代码实现案例
(1)Demo1(违反接口隔离原则)
/*** 接口F*/public interface F {public void a();public void b();public void c();public void d();public void e();}
/*** 接口F实现类A*/public class A implements F {@Overridepublic void a() {}@Overridepublic void b() {}@Overridepublic void c() {}@Overridepublic void d() {}@Overridepublic void e() {}}
/*** 接口F实现类B*/public class B implements F {@Overridepublic void a() {}@Overridepublic void b() {}@Overridepublic void c() {}@Overridepublic void d() {}@Overridepublic void e() {}}
public class C {/*** 类C依赖接口F,使用了abc三个方法*/public void test() {F f = new A();f.a();f.b();f.c();}}
public class D {/*** 类D依赖接口F,使用了ade三个方法*/public void test() {F f = new B();f.a();f.d();f.e();}}
(2)Demo2(采用接口隔离原则)
/*** 接口F*/public interface F {public void a();}
/*** 接口G*/public interface G {public void b();public void c();}
/*** 接口H*/public interface H {public void d();public void e();}
/*** 接口F,G实现类A*/public class A implements F, G {@Overridepublic void a() {}@Overridepublic void b() {}@Overridepublic void c() {}}
/*** 接口F,H实现类B*/public class B implements F,H {@Overridepublic void a() {}@Overridepublic void d() {}@Overridepublic void e() {}}
public class C {/*** 类C依赖接口F,G。使用了abc三个方法*/public void test() {F f = new A();G g = new A();f.a();g.b();g.c();}}
public class D {/*** 类C依赖接口F,H。使用了ade三个方法*/public void test() {F f = new B();H h = new B();f.a();h.d();h.e();}}
三、依赖倒转原则
1、基本介绍
依赖倒转原则是指:
- 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
- 依赖倒转的中心思想就是
面接接口编程
设计理念:相对于细节的多变性,抽象的东西要稳定得多。以抽象为基础搭建的架构比以细节为基础的架构要稳定得多。在java中,抽象指的就是接口和抽象类,细节就是具体的实现类
使用接口或抽象类的目的就是为了制定好规范,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。
2、案例
3、改进
4、代码实现案例
(1)Demo1(违反依赖倒转原则)
public class QQ {public void message(){System.out.println("QQ消息");}}
public class WX {public void message(){System.out.println("微信消息");}}
public class Email {public void message(){System.out.println("Email消息");}}
public class User {public void receive(QQ qq){qq.message();}public void receive(WX wx){wx.message();}public void receive(Email email){email.message();}}
public class Client {public static void main(String[] args) {User user = new User();user.receive(new QQ());user.receive(new WX());user.receive(new Email());}}
(2)Demo2(遵循依赖倒转原则)
public interface Message {void message();}
public class QQ implements Message{@Overridepublic void message(){System.out.println("QQ消息");}}
public class WX implements Message{@Overridepublic void message(){System.out.println("微信消息");}}
public class Email implements Message{@Overridepublic void message(){System.out.println("Email消息");}}
public class User {public void receive(Message message) {message.message();}}
public class Client {public static void main(String[] args) {User user = new User();user.receive(new QQ());user.receive(new WX());user.receive(new Email());}}
5、比对
当我们想要接收短信类型的消息时,Demo1不仅需要添加一个短信类型的消息类(Note),同时也要再在User类中添加一个用于接收短信类型的方法
public void receive(Note note){note.message();}
而Demo2中,我们只需要添加一个短信类型的消息类(Note),并实现接口Message
6、依赖关系传递的三种方式
(1)通过接口传递依赖
public interface OpenAndClose {void open(Tv tv);}
public class OpenAndCloseImpl implements OpenAndClose{@Overridepublic void open(Tv tv) {tv.play();}}
public interface Tv {void play();}
public class ChangHong implements Tv{@Overridepublic void play() {System.out.println("长虹电视机,打开");}}
/*** 通过接口传递依赖*/public class Client {public static void main(String[] args) {ChangHong changHong = new ChangHong();OpenAndClose openAndClose = new OpenAndCloseImpl();openAndClose.open(changHong);}}
(2)通过构造方法传递依赖
public interface OpenAndClose {void open();}
public class OpenAndCloseImpl implements OpenAndClose {private Tv tv;public OpenAndCloseImpl(Tv tv){this.tv = tv;}@Overridepublic void open() {tv.play();}}
public interface Tv {void play();}
public class ChangHong implements Tv {@Overridepublic void play() {System.out.println("长虹电视机,打开");}}
/*** 通过构造方法传递依赖*/public class Client {public static void main(String[] args) {ChangHong changHong = new ChangHong();OpenAndClose openAndClose = new OpenAndCloseImpl(changHong);openAndClose.open();}}
(3)通过setter方法传递依赖
public interface OpenAndClose {void open();void setTv(Tv tv);}
public class OpenAndCloseImpl implements OpenAndClose {private Tv tv;@Overridepublic void open() {tv.play();}@Overridepublic void setTv(Tv tv) {this.tv = tv;}}
public interface Tv {void play();}
public class ChangHong implements Tv {@Overridepublic void play() {System.out.println("长虹电视机,打开");}}
/*** 通过setter方法传递依赖*/public class Client {public static void main(String[] args) {ChangHong changHong = new ChangHong();OpenAndClose openAndClose = new OpenAndCloseImpl();openAndClose.setTv(changHong);openAndClose.open();}}
四、里氏替换原则
1、面向对象中继承性得思考和说明
- 继承包含这样得一层含义: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
2、里氏替换原则
- 里氏替换原则在1988年,由麻省理工学院的一位姓里的女士提出的
- 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T1定义的所有程序P在所有对象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。
- 所有引用基类的地方必须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、代码实现案例
(1)Demo1(违反里氏替换原则)
public class A {public int func1(int x,int y){return x-y;}}
public class B extends A{@Overridepublic int func1(int x, int y){return x-y;}}
public class Client {public static void main(String[] args) {A a = new A();System.out.println(a.func1(10, 5));A b = new B();/*** 这里本意是调用父类A的func1方法计算x与y的和,但是子类B重写了func1方法,导致结果为计算x与y的差。所以引起程序错误*/System.out.println(b.func1(10, 5));}}
(2)Demo2(遵循里氏替换原则)
public class Base {}
public class A extends Base {public int func1(int x, int y) {return x + y;}}
public class B extends Base {A a = new A();public int func1(int x, int y) {return x - y;}public int func2(int x, int y) {return a.func1(x, y);}}
/*** 类A和类B继承一个更加基础的类,如果类B想要使用类A的func1方法,则通过依赖A来使用func1方法。*/、public class Client {public static void main(String[] args) {A a = new A();B b = new B();System.out.println(a.func1(10, 5));System.out.println(b.func1(10, 5));System.out.println(b.func2(10, 5));}}
五、开闭原则
1、基本介绍
- 开闭原则是编程中最基础、最重要得设计原则
- 一个软件实体(类,接口、模块、函数)应该对扩展能力开发(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
- 编程中遵循其他原则,以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则
2、代码实现案列
(1)Demo1(违反开闭原则)
/*** 形状*/public class Shape {int type;}
/*** 圆形*/public class Circle extends Shape{Circle() {super.type=2;}}
/*** 三角形*/public class Triangle extends Shape{Triangle() {super.type=3;}}
/*** 矩形*/public class Rectangle extends Shape{Rectangle() {super.type=1;}}
/*** 绘图*/public class GraphicEditor {public void drawShape(Shape shape) {if (shape.type == 1) {drawRectangle(shape);} else if (shape.type == 2) {drawCircle(shape);} else if (shape.type == 3) {drawTriangle(shape);}}private void drawTriangle(Shape shape) {System.out.println("绘制三角形");}private void drawCircle(Shape shape) {System.out.println("绘制圆形");}private void drawRectangle(Shape shape) {System.out.println("绘制矩形");}}
/*** 该方式唯一的有点就是简单,容易理解。但是严重违反了开闭原则** 当我们添加一个五角形* 1、添加一个五角星类* 2、在“GraphicEditor”添加一个绘画五角星的方法,* 3、在方法“drawShape”中添加一个条件判断**/public class Client {public static void main(String[] args) {GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();graphicEditor.drawShape(new Rectangle());graphicEditor.drawShape(new Circle());graphicEditor.drawShape(new Triangle());}}
(2)Demo2(遵循开闭原则)
/*** 图形接口*/public interface Shape {void draw();}
/*** 圆形*/public class Circle implements Shape {@Overridepublic void draw() {System.out.println("绘画圆形");}}
/*** 矩形*/public class Rectangle implements Shape {@Overridepublic void draw() {System.out.println("绘画矩形");}}
/*** 三角形*/public class Triangle implements Shape {@Overridepublic void draw() {System.out.println("绘画三角形");}}
/*** 绘图*/public class GraphicEditor {public void drawShape(Shape shape) {shape.draw();}}
/*** 该方式遵循了开闭原则** 当我们添加一个五角形,只需要添加一个五角星类就可以了***/public class Client {public static void main(String[] args) {GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();graphicEditor.drawShape(new Rectangle());graphicEditor.drawShape(new Circle());graphicEditor.drawShape(new Triangle());}}
六、迪米特法则
1、基本介绍
- 一个对象应该对其他对象保持最少的了解
- 类与类的关系越密切,耦合度越大
- 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的越少越好。对于一个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
- 迪米特法则还有一个更简单的定义: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。我们称出现成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接朋友,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。
2、代码实现案列
(1)Demo1(违反迪米特法则)
/*** 学校员工类*/public class CollegeEmployee {private String id;public String getId() {return id;}public void setId(String id) {this.id = id;}}
import java.util.ArrayList;import java.util.List;/*** 学校员工的管理类*/public class CollegeManager {public List<CollegeEmployee> getEmployeeList() {ArrayList<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();for (int i = 0; i < 10;i++) {CollegeEmployee collegeEmployee = new CollegeEmployee();collegeEmployee.setId("学院员工id="+i);list.add(collegeEmployee);}return list;}}
/*** 学校总部员工类*/public class Employee {private String id;public String getId() {return id;}public void setId(String id) {this.id = id;}}
/*** 学校管理类*/public class SchoolManager {public List<Employee> getEmployeeList() {ArrayList<Employee> list = new ArrayList<Employee>();for (int i = 0; i < 5; i++) {Employee employee = new Employee();employee.setId("学校总部员工id=" + i);list.add(employee);}return list;}void printEmployee(CollegeManager c) {List<CollegeEmployee> employeeList = c.getEmployeeList();System.out.println("学院员工");for (CollegeEmployee employee : employeeList) {System.out.println(employee.getId());}System.out.println("-----------------------");List<Employee> employeeList1 = getEmployeeList();System.out.println("学院总部员工");for (Employee employee : employeeList1) {System.out.println(employee.getId());}}}
/*** CollegeEmployee不是SchoolManager的直接朋友* <p>* 类SchoolManager的方法printEmployee使用了一个陌生类CollegeEmployee,违反了迪米特法则。*/public class Client {public static void main(String[] args) {SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();schoolManager.printEmployee(new CollegeManager());}}
(2)Demo2(遵循迪米特法则)
/*** 学校员工类*/public class CollegeEmployee {private String id;public String getId() {return id;}public void setId(String id) {this.id = id;}}
import java.util.ArrayList;import java.util.List;/*** 学校员工的管理类*/public class CollegeManager {public List<CollegeEmployee> getEmployeeList() {ArrayList<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();for (int i = 0; i < 10; i++) {CollegeEmployee collegeEmployee = new CollegeEmployee();collegeEmployee.setId("学院员工id=" + i);list.add(collegeEmployee);}return list;}void printEmployee() {List<CollegeEmployee> employeeList = getEmployeeList();System.out.println("学院员工");for (CollegeEmployee employee : employeeList) {System.out.println(employee.getId());}}}
/*** 学校总部员工类*/public class Employee {private String id;public String getId() {return id;}public void setId(String id) {this.id = id;}}
import java.util.ArrayList;import java.util.List;/*** 学校管理类*/public class SchoolManager {public List<Employee> getEmployeeList() {ArrayList<Employee> list = new ArrayList<Employee>();for (int i = 0; i < 5; i++) {Employee employee = new Employee();employee.setId("学校总部员工id=" + i);list.add(employee);}return list;}void printEmployee(CollegeManager c) {c.printEmployee();System.out.println("-----------------------");List<Employee> employeeList1 = getEmployeeList();System.out.println("学院总部员工");for (Employee employee : employeeList1) {System.out.println(employee.getId());}}}
/*** 遵循迪米特法则,只与直接朋友通信*/public class Client {public static void main(String[] args) {SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();schoolManager.printEmployee(new CollegeManager());}}
七、合成复用原则
1、基本介绍
合成复用原则(Composite Reuse Principle,CRP)又叫组合/聚合复用原则(Composition/Aggregate Reuse Principle,CARP)。它要求在软件复用时,要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。
如果要使用继承关系,则必须严格遵循里氏替换原则。合成复用原则同里氏替换原则相辅相成的,两者都是开闭原则的具体实现规范。
合成复用原则的重要性
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。
新旧类之间的耦合度低。这种复用所需的依赖较少,新对象存取成分对象的唯一方法是通过成分对象的接口。
3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。
