1、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),具有更好的1) 代码重用性 (即:相同功能的代码,不用多次编写)2) 可读性 (即:编程规范性, 便于其他程序员的阅读和理解)3) 可扩展性 (即:当需要增加新的功能时,非常的方便,称为可维护)4) 可靠性 (即: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,低耦合的特性分享金句:设计模式包含了面向对象的精髓,“懂了设计模式,你就懂了面向对象分析和设计(OOA/D)的精要”Scott Mayers 在其巨著《Effective C++》就曾经说过:C++老手和 C++新手的区别就是前者手背上有很多伤
2、设计模式的七大原则
设计模式原则,其实就是程序员在编程时,应当遵守的原则,也是各种设计模式的基础(即:设计模式为什么这样设计的依据)设计模式常用的七大原则有:1) 单一职责原则2) 接口隔离原则3) 依赖倒转(倒置)原则4) 里氏替换原则5) 开闭原则6) 迪米特法则7) 合成复用原则
1、单一职责原则
(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)应用实例 VechicleRoad vechicleRoad = new VechicleRoad(); VechicleAir vechicleAir = new VechicleAir(); VechicleWater vechicleWater = new VechicleWater(); vechicleRoad.runRoad("汽车"); vechicleAir.runAir("飞机"); vechicleWater.runWater("轮船");class VechicleRoad{ public void runRoad(String vehicle){ System.out.println(vehicle+"在公路上运行"); }}class VechicleAir{ public void runAir(String vehicle){ System.out.println(vehicle+"在天空上运行"); }}class VechicleWater{ public void runWater(String vehicle){ System.out.println(vehicle+"在水中上运行"); }}改进的方案:类层面违反了单一职责,方法层面依然遵守单一职责 vehicle vehicle = new vehicle(); vehicle.runRoad("汽车"); vehicle.runAir("飞机"); vehicle.runWater("轮船");class vehicle{ public void runRoad(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+"在水中上运行"); }}(3)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
2、接口隔离原则
1、基本介绍1) 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2) 先看一张图:3) 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。4) 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2、图形说明类B实现了接口1的重写5个方法,类C实现了接口1实现了5个方法,而类A通过接口1的实现类B去使用方法1,2,3,从而类B重写多了4,5方法,类C通过接口1的实现类D去使用1,4,5方法,类D也重写多了2,3两个方法。
3、应用实例解决方案代码实现 A a = new A(); a.depend1(new B()); a.depend2(new B()); a.depend3(new B()); C c = new C(); c.depend1(new D()); c.depend4(new D()); c.depend5(new D());interface interface1 { void method1();}interface interface2 { void method2(); void method3();}interface interface3 { void method4(); void method5();}class B implements interface1, interface2 { @Override public void method1() { System.out.println("B实现了方法1"); } @Override public void method2() { System.out.println("B实现了方法2"); } @Override public void method3() { System.out.println("B实现了方法3"); }}class D implements interface1, interface3 { @Override public void method1() { System.out.println("D实现了方法1"); } @Override public void method4() { System.out.println("D实现了方法4"); } @Override public void method5() { System.out.println("D实现了方法5"); }}class A { public void depend1(interface1 interface1) { interface1.method1(); } public void depend2(interface2 interface2) { interface2.method2(); } public void depend3(interface2 interface2) { interface2.method3(); }}class C { public void depend1(interface1 interface1) { interface1.method1(); } public void depend4(interface3 interface3) { interface3.method4(); } public void depend5(interface3 interface3) { interface3.method5(); }}
3、依赖倒转原则
1、基本介绍依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)是指:1) 高层模块不应该依赖低层模块,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(倒置)的中心思想是面向接口编程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2、应用实例原始方案: 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"; }}class Person{ public void receive(Email email){ System.out.println(email.getInfo()); }}改进方案:缩耦合,可拓展性高 public static void main(String[] args) { Person person = new Person(); person.receive(new Email()); }interface Receiver{ String getInfo();}class Email implements Receiver{ @Override public String getInfo() { return "电子邮件,hello"; }}class Person{ public void receive(Receiver receiver){ System.out.println(receiver.getInfo()); }}3、依赖关系传递的三种方式和应用案例(1)接口传递(2)构造方法传递(3)setter方式传递三种方式的实现:(1)public static void main(String[] args) { //TCLTV tv=new TCLTV(); OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose(); openAndClose.open(new TCLTV()); }interface IOpenAndClose{ public void open(ITV itv);}interface ITV{ public void play();}class OpenAndClose implements IOpenAndClose{ @Override public void open(ITV itv) { itv.play(); }}class TCLTV implements ITV{ @Override public void play() { System.out.println("TCL电视"); }}(2)interface IOpenAndClose1{ public void open();}interface ITV1{ public void play();}class OpenAndClose1 implements IOpenAndClose1{ private ITV1 itv; public OpenAndClose1(ITV1 itv){ this.itv=itv; } @Override public void open() { itv.play(); }}(3)interface IOpenAndClose2{ public void open();}interface ITV2{ public void play();}class OpenAndClose2 implements IOpenAndClose2{ private ITV2 itv; public void setItv(ITV2 itv){ this.itv=itv; } @Override public void open() { itv.play(); }}4、依赖倒转原则的注意事项和细节1) 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2) 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3) 继承时遵循里氏替换原则
4、里氏替换原则
1、OO中的继承性的思考和说明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。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3) 问题提出:在编程中,如何正确的使用继承? => 里氏替换原则2、里氏替换原则简介1) 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。2) 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。3) 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4) 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、案例class A { public int func1(int a,int b){ return a-b; }}class B extends A { public int func1(int a,int b){ return a+b; } public int func2(int a,int b){ return a*b; }}类B继承了类A而且将A中的方法进行了重写,那么继承A将会变得没有意义,在进行开发时,我们也有可能会不知觉中将父类的方法进行了重写。解决方案:聚合,组合,依赖class A1 { public int func1(int a,int b){ return a-b; }}class B1 { private A1 a1=new A1(); public int func1(int a,int b){ return a+b; } public int func2(int a,int b){ return a*b; } public int func3(int a,int b){ return this.a1.func1(a,b); }}
5、开闭原则
1、基本介绍1) 开闭原则(Open Closed Principle)是编程中最基础、最重要的设计原则2) 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。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) 编程中遵循其它原则,以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。2、案例演示//使用方class DrawGraph{ public void DrawGraph(Share share){ if(share.drawType==1){ drawJuXing(); }else if(share.drawType==2){ drawYuanXing(); } } private void drawYuanXing() { System.out.println("绘制圆形"); } private void drawJuXing() { System.out.println("绘制矩形"); }}//提供方class Share{ int drawType;}class JuXing extends Share{ JuXing(){ super.drawType=1; }}class YuanXing extends Share{ YuanXing(){ super.drawType=2; }}缺点:此种方式当新增一种新的功能时,需要修改的代码量多,而且不满足开闭原则解决方案:class DrawGraph1{ public void drawGraph(Share1 share1){ share1.draw(); }}abstract class Share1 { int drawType1; public abstract void draw();}class YuanXing1 extends Share1{ @Override public void draw() { System.out.println("绘制圆形"); }}class JuXing1 extends Share1{ @Override public void draw() { System.out.println("绘制矩形"); }}
6、迪米特法则
1、基本介绍1) 一个对象应该对其他对象保持最少的了解2) 类与类关系越密切,耦合度越大3) 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4) 迪米特法则还有个更简单的定义: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2、案例演示3、迪米特法则注意事项和细节1) 迪米特法则的核心是降低类之间的耦合2) 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
7、合成复用原则
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》成员属性对象》方法参数》成员属性—>seter》构造参数2、设计原则核心思想1) 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。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
3、UML
3.1 UML基本介绍
1)UML——Unified modeling language UML (统一建模语言),是一种用于软件系统分析和设计的语言工具,它用于帮助软件开发人员进行思考和记录思路的结果2) UML本身是一套符号的规定,就像数学符号和化学符号一样,这些符号用于描述软件模型中的各个元素和他们之间的关系,比如类、接口、实现、泛化、依赖、组合、聚合3) 使用UML来建模,常用的工具有 Rational Rose , 也可以使用一些插件来建模
3.2 UML的分类
1) 用例图(use case)2) 静态结构图:类图、对象图、包图、组件图、部署图3) 动态行为图:交互图(时序图与协作图)、状态图、活动图类图是描述类与类之间的关系的,是UML图中最核心的
3.3 UML类图
3.3.1 简介1) 用于描述系统中的类(对象)本身的组成和类(对象)之间的各种静态关系。2) 类之间的关系:依赖、泛化(继承)、实现、关联、聚合与组合3) 类图简单举例
3.3.2依赖关系(实线+箭头)只要是在类中用到了对方,那么他们之间就存在依赖关系。如果没有对方,连编绎都通过不了。1) 类中用到了对方2) 如果是类的成员属性3) 如果是方法的返回类型4) 是方法接收的参数类型5) 方法中使用到
3.3.3 泛化关系(实线+空心三角箭头)泛化关系实际上就是继承关系,他是依赖关系的特例1) 泛化关系实际上就是继承关系2) 如果A类继承了B类,我们就说A和B存在泛化关系
3.3.4 实现关系(虚线+三空心角箭头)实现关系实际上就是A类实现B接口,他是依赖关系的特例
3.3.5 关联关系1)关联关系实际上就是类与类之间的联系,他是依赖关系的特例2)关联具有导航性:即双向关系或单向关系3)关系具有多重性:如“1”(表示有且仅有一个),“0...”(表示0个或者多个),“0,1”(表示0个或者一个),“n...m”(表示n到 m个都可以),“m...*”(表示至少m个)。
3.3.6 聚合关系(实线+空心菱形)聚合关系(Aggregation)表示的是整体和部分的关系,整体与部分可以分开。聚合关系是关联关系的特例,所以他具有关联的导航性与多重性。如:一台电脑由键盘(keyboard)、显示器(monitor),鼠标等组成;组成电脑的各个配件是可以从电脑上分离出来的,使用带空心菱形的实线来表示:
3.3.7 组合关系(实线+实心菱形)组合关系:也是整体与部分的关系,但是整体与部分不可以分开。再看一个案例:在程序中我们定义实体:Person与IDCard、Head, 那么 Head 和Person 就是 组合,IDCard 和 Person 就是聚合。(已经实例化的成员属性)但是如果在程序中Person实体中定义了对IDCard进行级联删除,即删除Person时连同IDCard一起删除,那么IDCard 和 Person 就是组合了。
4、设计模式(Design pattern)
4.1 设计模式介绍
1) 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的经验,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的。2) 设计模式的本质提高 软件的维护性,通用性和扩展性,并降低软件的复杂度。3) <<设计模式>> 是经典的书,作者是 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides Design(俗称 “四人组 GOF”)4) 设计模式并不局限于某种语言,java,php,c++ 都有设计模式
4.2 设计模式的分类
设计模式分为三种类型,共23种1) 创建型模式:单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。2) 结构型模式:适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。3) 行为型模式:模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式(Interpreter模式)、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。注意:不同的书籍上对分类和名称略有差别
5、创建型模式-单例模式
1、简介所谓类的单例设计模式,就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中,对某个类只能存在一个对象实例,并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。比如Hibernate的SessionFactory,它充当数据存储源的代理,并负责创建Session对象。SessionFactory并不是轻量级的,一般情况下,一个项目通常只需要一个SessionFactory就够,这是就会使用到单例模式2、单例设计模式八种方式单例模式有八种方式:1) 饿汉式(静态常量)2) 饿汉式(静态代码块)3) 懒汉式(线程不安全)4) 懒汉式(线程安全,同步方法)5) 懒汉式(线程安全,同步代码块)6) 双重检查7) 静态内部类8) 枚举
5.1饿汉式(两种)->推荐
1、饿汉式(静态常量)应用实例1.1 步骤如下:1) 构造器私有化 (防止 new )2) 类的内部创建INSTANCE并且实例化3) 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance1.2 代码class Singleton{ //2) 类的内部创建对象 private static final Singleton INSTANCE=new Singleton(); //1) 构造器私有化 (防止 new ) private Singleton(){} //3) 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance public Singleton getInstance(){ return INSTANCE; }}1.3 优缺点说明:1) 优点:这种写法比较简单,就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。2) 缺点:在类装载的时候就完成实例化,没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例,则会造成内存的浪费3) 这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题,不过,instance在类装载时就实例化,在单例模式中大多数都是调用getInstance方法, 但是导致类装载的原因有很多种,因此不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果4) 结论:这种单例模式可用,可能造成内存浪费2、饿汉式(静态代码块)应用实例2.1 步骤如下:1) 构造器私有化 (防止 new )2) 静态代码块中将INSTANCE实例化3) 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance2.2 代码class Singleton{ //2) 静态代码块中将INSTANCE实例化 private static Singleton INSTANCE; static{ INSTANCE=new Singleton; } //1) 构造器私有化 (防止 new ) private Singleton(){} //3) 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance public Singleton getInstance(){ return INSTANCE; }}2.3优缺点同上
5.2 懒汉式(三种)->慎用
1、线程不安全1.1、代码class Singleton{ private Singleton(){} private static Singleton INSTANCE; public static Singleton getINSTANCE(){ if(INSTANCE==null){ INSTANCE=new Singleton(); } return INSTANCE; }}1.2、优缺点1) 起到了Lazy Loading的效果,但是只能在单线程下使用。2) 如果在多线程下,一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式3) 结论:在实际开发中,不要使用这种方式.2、同步方法2.1、代码class Singleton2{ private Singleton2(){} private static Singleton2 INSTANCE2; public synchronized static Singleton2 getINSTANCE(){ if(INSTANCE2==null){ INSTANCE2=new Singleton2(); } return INSTANCE2; }}2.2、优缺点1) 解决了线程不安全问题2) 效率太低了,每个线程在想获得类的实例时候,执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了,后面的想获得该类实例,直接return就行了。方法进行同步效率太低3) 结论:在实际开发中,不推荐使用这种方式3、同步代码块3.1、代码class Singleton3{ private Singleton3(){} private static Singleton3 INSTANCE23; public static Singleton3 getINSTANCE(){ if (INSTANCE23 == null) { synchronized (Singleton3.class) { INSTANCE23 = new Singleton3(); } } return INSTANCE23; }}3.2、优缺点1) 这种方式,本意是想对第四种实现方式的改进,因为前面同步方法效率太低,改为同步产生实例化的的代码块2) 但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致,假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例3) 结论:在实际开发中,不能使用这种方式
5.3双重检查->推荐
1、代码class Singleton4{ private Singleton4(){} private static Singleton4 INSTANCE4; public static Singleton4 getINSTANCE(){ if (INSTANCE4 == null) { synchronized (Singleton4.class) { if(INSTANCE4 == null) { INSTANCE4 = new Singleton4(); } } } return INSTANCE4; }}2、优缺点1) Double-Check概念是多线程开发中常使用到的,如代码中所示,我们进行了两次if (singleton == null)检查,这样就可以保证线程安全了。2) 这样,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断if (singleton == null),直接return实例化对象,也避免的反复进行方法同步.3) 线程安全;延迟加载;效率较高4) 结论:在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式
5.4静态内部类->推荐
1、代码class Singleton5 { private Singleton5() {} private static class SingleTon { private static final Singleton5 INSTANCE5 = new Singleton5(); } public static Singleton5 getINSTANCE() { return SingleTon.INSTANCE5; }}2、优缺点1) 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。2) 静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用getInstance方法,才会装载SingletonInstance类,从而完Singleton的实例化。3) 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,所以在这里,JVM帮助我们保证了线程的安全性,在类进行初始化时,别的线程是无法进入的。4) 优点:避免了线程不安全,利用静态内部类特点实现延迟加载,效率高5) 结论:推荐使用.
5.5枚举->推荐
1、代码enum Singleton6{ INSTANCE6;//该属性值唯一 public void sayOk(){ System.out.println("hello"); }}2、1) 这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。2) 这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式3) 结论:推荐使用
5.6单例模式在JDK 应用的源码分析
1) 我们JDK中,java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)2) 代码分析+Debug源码+代码说明
5.7单例模式注意事项和细节说明
1)单例模式保证了 系统内存中该类只存在一个对象,节省了系统资源,对于一些需要频繁创建销毁的对象,使用单例模式可以提高系统性能2)当想实例化一个单例类的时候,必须记住使用相应获取对象的方法,而不是使用new3)单例模式使用的场景:需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即:重量级对象),但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)
6、创建型模式-工厂模式
6.1简单工厂模式(静态工厂模式)
6.2工厂方法模式
6.3抽象工厂模式
6.4工厂模式在JDK中的使用
工厂模式在JDK-Calendar 应用的源码分析1) JDK 中的Calendar类中,就使用了简单工厂模式2) 源码分析+Debug源码+说明
6.5工厂模式总结
1) 工厂模式的意义将实例化对象的代码提取出来,放到一个类中统一管理和维护,达到和主项目的依赖关系的解耦。从而提高项目的扩展和维护性。2) 三种工厂模式 (简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式)3) 设计模式的依赖抽象原则>创建对象实例时,不要直接 new 类, 而是把这个new 类的动作放在一个工厂的方法中,并返回。有的书上说,变量不要直接持有具体类的引用。>不要让类继承具体类,而是继承抽象类或者是实现interface(接口)>不要覆盖基类中已经实现的方法。
7、原型模式