设计模式之七大原则

设计模式

设计模型的目的

为了让程序（软件），具有更好的代码重用性、可读性、可扩展性、可靠性，
使程序呈现高内聚，低耦合的特性

设计模式七大原则

设计模式七大原则

1.单一职责原则

2.接口隔离原则

3.依赖倒转原则

4.里氏替换原则

5.开闭原则

6.迪米特法原则

7.合成复用原则

单一职责原则

一个类只负责一个原则

代码测试：

package com.cedric.simplicity;

public class SimplicityDemo01 {
    public static void main(String[] args) {

        RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
        roadVehicle.run("摩托");
        roadVehicle.run("汽车");

        AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
        airVehicle.run("直升机");
    }
}

/*
解决方案1分析
    1.遵守单一职责原则
    2.这样做改动很大，既将类分解，又同时修改客户端

 */

// 公路
class RoadVehicle{

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

// 空中
class AirVehicle{
    public void run(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在空中运行");
    }
}

// 水上
class WaterVehicle{
    public void run(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在水上运行");
    }
}

package com.cedric.simplicity;

public class SimplicityDemo02 {
    public static void main(String[] args) {

        Vehicle vehicle = new Vehicle();

        vehicle.run("汽车");
        vehicle.runAir("飞机");
        vehicle.runWater("轮船");
    }
}

/*
方案2分析：
    1.这种修改方法没有对原来的类做大的修改，只是增加方法
    2.这里虽然没有在类这个级别上遵守单一原则，但是在方法原则上，仍是遵守单一原则
 */
class Vehicle{
    public void run(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "陆地运行...");
    }

    public void runAir(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "空中运行...");
    }

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

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；
只有类中方法的数量足够少，可以在方法级别保持单一职责原则

接口隔离原则

客户端不应该依赖他不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小接口上

package com.cedric.segregation;

// 没有使用接口隔离原则

/*
客户端不应该依赖他不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小接口上

Interface1接口对于A类和C类来说不是最小最小接口，A类和C类不需要实现多余的方法

隔离原则处理：
将接口Interface1拆分成几个独立接口，A类和C类分别与他们需要的接口建立关系，采用接口隔离原则
 */
public class SegregationDemo01 {
    public static void main(String[] args) {

    }
}

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

// 实现类B
class B implements Interface1{

    @Override
    public void operation1() {
        System.out.println("B类 --> operation1");
    }

    @Override
    public void operation2() {
        System.out.println("B类 --> operation2");
    }

    @Override
    public void operation3() {
        System.out.println("B类 --> operation3");
    }

    @Override
    public void operation4() {
        System.out.println("B类 --> operation4");
    }

    @Override
    public void operation5() {
        System.out.println("B类 --> operation5");
    }
}

// 实现类D
class D implements Interface1{

    @Override
    public void operation1() {
        System.out.println("D类 --> operation1");
    }

    @Override
    public void operation2() {
        System.out.println("D类 --> operation2");
    }

    @Override
    public void operation3() {
        System.out.println("D类 --> operation3");
    }

    @Override
    public void operation4() {
        System.out.println("D类 --> operation4");
    }

    @Override
    public void operation5() {
        System.out.println("D类 --> 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 depend(Interface1 i){
        i.operation3();
    }
}

class C{ // B类通过接口Interface1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();
    }
}

package com.cedric.segregation;

/*
改进方案：
    采用接口隔离原则，使用最小接口
 */
public class SegregationDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        A1 a1 = new A1();
        a1.depend1(new B1()); // A类通过接口依赖B类
        a1.depend2(new B1());

        C1 c = new C1();
        c.depend1(new D1()); // C类通过接口依赖D类
        c.depend2(new D1());
    }
}

interface Interface01{
    void operation1();
}

interface Interface02{
    void operation2();
    void operation3();
}

interface Interface03{
    void operation4();
    void operation5();
}

class B1 implements Interface01,Interface02{

    @Override
    public void operation1() {
        System.out.println("B1==>operation01");
    }

    @Override
    public void operation2() {
        System.out.println("B1==>operation02");
    }

    @Override
    public void operation3() {
        System.out.println("B1==>operation03");
    }
}

class D1 implements Interface01,Interface03{

    @Override
    public void operation1() {
        System.out.println("D1 ==> operation01");
    }

    @Override
    public void operation4() {
        System.out.println("D1 ==> operation04");
    }

    @Override
    public void operation5() {
        System.out.println("D1 ==> operation05");
    }
}

class A1{
    public void depend1(Interface01 i1){
        i1.operation1();
    }

    public void depend2(Interface02 i2){
        i2.operation2();
        i2.operation3();
    }
}

class C1{
    public void depend1(Interface01 i1){
        i1.operation1();
    }

    public void depend2(Interface03 i3){
        i3.operation4();
        i3.operation5();
    }
}

依赖倒转原则

1.高层模块不用管依赖底层模块，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，
  在Java中，抽象指的是接口或者抽象类，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

package com.cedric.principle.inversion;

public class DependecyInversion {
    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,Cedric";
    }
}

/*
    完成Person接收消息的功能
    方式一分析：
        1.简单，比较容易想到
        2.如果获取的对象是QQ、微信等，则需要新增类，同时Person也需要增加相应的接收方法
        3.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，微信等都属于接收的范围，他们各自实现IReceive接口就行，这样就符合依赖倒转原则
 */

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

package com.cedric.principle.inversion.improve;

// 改进
public class DependecyInversion {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();

        person.receive(new Email());
        person.receive(new WeChat());
        person.receive(new QQ());
    }
}

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

// 电子邮件
class Email implements IReceiver{
    public String getInfo(){
        return "电子邮件信息：Hello,Cedric";
    }
}

class QQ implements IReceiver{
    @Override
    public String getInfo() {
        return "QQ消息：您的账号已在异地登录";
    }
}

// 微信消息
class WeChat implements IReceiver{
    public String getInfo(){
        return "微信消息：You are so handsome";
    }
}

// 方式2
class Person{
    public void receive(IReceiver receiver){
        System.out.println(receiver.getInfo());
    }
}

依赖关系传递的三种方案和应用案例

package com.cedric.principle.inversion;

public class DependecyInversion02 {
    public static void main(String[] args) {
        ChangHong changHong = new ChangHong();
        // 方式1
        //OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
        //openAndClose.open(changHong);

        // 方式2 通过构造器进行依赖传递
       // OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose(new ChangHong());
       // openAndClose.open();

        // 通过setter方法进行依赖传递
        OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
        openAndClose.setTv(changHong);
        openAndClose.open();
    }
}

// 方式1:接口传递
/*
interface IOpenAndClose{ // 开关接口
    void open(ITV itv);
}

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

// 实现接口
class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
    public void open(ITV itv){
        itv.play();
    }
}
*/

// 方式2：通过构造方法依赖传递
/*interface IOpenAndClose{
    void open(); // 开启的抽象方法
}

interface ITV{
    void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
    public ITV tv;

    public OpenAndClose(ITV tv){
        this.tv = tv;
    }

    public void open(){
        this.tv.play();
    }
}*/

// 方式3，通过setter方法传递
interface IOpenAndClose{
     void open();

     void setTv(ITV tv);
}

interface ITV{
    void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
    private ITV tv;

    public void setTv(ITV tv){
        this.tv = tv;
    }

    public void open(){
        this.tv.play();
    }
}

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

依赖倒转原则需要注意的细节：
1.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
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

里氏替换原则

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，
  虽然他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入侵性，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：在编程中如何正确使用继承？=>里氏替换原则

所有引用基类的地方必须能透明的使用其子类的对象
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
继承实际上让两个类耦合性增强了，在适当情况下，可以通过聚合，组合，依赖来解决问题

package com.cedric.principle.liskov;

// 程序误写产生的问题
public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println(a.fun1(20, 10));

        B b = new B();
        System.out.println(b.fun1(20,10)); // 这里本意是求20 - 10
        System.out.println(b.fun2(20,10));

    }
}

class A{
    // 返回两个数的差
    public int fun1(int num1,int num2){
        return num1 - num2;
    }
}

// B继承A，新增一个功能：完成两数相加，然后和9求和
class B extends A{
    // 这里重写了A类的方法，可能是无意识的
    public int fun1(int a,int b){
        return a + b;
    }

    public int fun2(int a,int b){
        return fun1(a,b) + 9;
    }
}

改进方案

代码实现：

package com.cedric.principle.liskov.improve;

public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println(a.fun1(20, 10));

        System.out.println("============================");
        B b = new B();
        // 因为B类不再继承A类，因此调用者不会再是fun1求减法
        // 调用完成的功能就会很明确
        System.out.println(b.fun1(20,10)); // 这里本意是求20 + 10
        System.out.println(b.fun1(10,10)); //10 + 10

        // 使用组合仍然可以使用到A类相关的方法
        System.out.println(b.fun3(30,20)); // 本意是求出30 - 20

    }
}

// 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
}

class A extends Base{
    // 返回两个数的差
    public int fun1(int num1,int num2){
        return num1 - num2;
    }
}

// B继承A，新增一个功能：完成两数相加，然后和9求和
class B extends Base{
    private A a = new A();
    // 这里重写了A类的方法，可能是无意识的
    public int fun1(int a,int b){
        return a + b;
    }

    public int fun2(int a,int b){
        return fun1(a,b) + 9;
    }

    public int fun3(int a,int b){
        return this.a.fun1(a,b);
    }
}

开闭原则

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.编程中遵循其他原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则

画图功能

代码演示：

package com.cedric.principle.ocp;

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());
    }
}

/*
    方式1优缺点：
        1.优点是比较好理解，简单易操作
        2.缺点是违反了设计模型的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
        3.比如这是要新增一个图形种类三角形，我们需要修改的地方就非常多
 */

// 这是一个用于绘图的类
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){
            // 新增修改片段
            drawTriangle(s);
        }
    }

    public void drawRectangle(Shape s){
        System.out.println("绘制矩形");
    }

    public void drawCircle(Shape s){
        System.out.println("绘制圆形");
    }
    // 新增修改片段
    public void drawTriangle(Shape s){
        System.out.println("绘制三角形");
    }
}

class Shape{
    int m_type;
}

class Rectangle extends Shape{
    Rectangle(){
        super.m_type = 1;
    }
}

class Circle extends Shape{
    Circle(){
        super.m_type = 2;
    }
}

// 增加三角形
class Triangle extends Shape{
    Triangle(){
        super.m_type = 3;
    }
}

改进思路

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
使用方的代码不需要修改->满足了OCP原则

package com.cedric.principle.ocp.improve;

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 Other());
    }
}


// 这是一个用于绘图的类
class GraphicEditor{
    // 接收Shape对象，调用draw方法
    public void drawShape(Shape s){
        s.draw();
    }
}
// 基类
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");
    }
}

// 增加三角形
class Triangle extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制三角形");
    }
}

// 新增其他图形
class Other extends Shape{
    public void draw(){
        System.out.println("绘制其他图形");
    }
}

迪米特法则

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
4.简单定义：只与直接的朋友通信

直接朋友：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朋友.陌生的类最好不要以局部变量的方式出现在类的内部

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

有一个学校，下属有各个学院和总部，现要求打印出学校总部员工ID和学院员工ID
代码演示：

package com.cedric.principle.demeter;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 客户端
public class Demeter01 {
    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<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
            emp.setId("学院员工id =" + i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }
}

// 学校管理类

// 直接朋友：Employee、CollegeManager
// CollegeEmployee不是直接朋友，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<>();

        for (int i = 0; i < 5; i++) { // 这里增加了5个员工到list
            Employee emp = new Employee();
            emp.setId("学校总部的员工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的方法（id）
    void printAllEmployee(CollegeManager sub){

        /*
            分析问题：
                1.这里的CollegeEmployee不是SchoolManager的直接朋友
                2.CollegeEmployee是以局部变量的方式出现在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 employee : list1){
            System.out.println(employee.getId());

        }
        //获取到学校总部员工
        List<Employee> employees = this.getAllEmployee();
        System.out.println("=================学院总部员工=================");
        for(Employee employee : employees){
            System.out.println(employee.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，应避免类中出现这样非直接朋友关系的耦合

按照迪米特法则改进：

package com.cedric.principle.demeter.improve;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 客户端
public class Demeter01 {
    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<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
            emp.setId("学院员工id =" + i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }
    // 输出员工信息
    public void printEmployee(){
        List<CollegeEmployee> list1 = this.getAllEmployee();
        System.out.println("================学院员工=====================");
        for(CollegeEmployee employee : list1){
            System.out.println(employee.getId());
        }
    }
}

// 学校管理类

// 直接朋友：Employee、CollegeManager
// CollegeEmployee不是直接朋友，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<>();
        for (int i = 0; i < 5; i++) { // 这里增加了5个员工到list
            Employee emp = new Employee();
            emp.setId("学校总部的员工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的方法（id）
    void printAllEmployee(CollegeManager sub){
        // 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> employees = this.getAllEmployee();
        System.out.println("=================学院总部员工=================");
        for(Employee employee : employees){
            System.out.println(employee.getId());
        }
    }
}

合成复用原则

原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承

设计原则的核心思想

1.找出应用中可能需要的变化之处，把他们独立出来，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

UML类图

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