设计模式七大原则

Posted 2021-06-26 默辨

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了设计模式七大原则相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

该篇博文根据原尚硅谷讲师韩顺平老师的课程——尚硅谷Java设计模式（图解+框架源码剖析）整理而出

1、设计模式概述

软件工程中，设计模式是对软件中普遍存在（反复出现）得各种问题，所提出得解决方案，这个术语是由埃里希·伽玛等人在1990年代从建筑领域引入到计算机科学的

1.1、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

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，非常的方便，称为可维护)
可靠性 (即：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

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疤

1.2、设计模式七大原则

设计模式常见的几大原则：

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

1.3、核心思想

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。
针对接口编程，而不是针对实现编程。
为了交互对象之间的松耦合设计而努力

2、单一职责原则（Single Responsibility Principle）

2.1、概述

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

2.2、测试案例

测试代码一：

public class SingleResponsibility {
	public static void main(String[] args) {
		Vehicle vehicle = new Vehicle();
		vehicle.run("汽车");
	}
}

// 交通工具类
// 方 式 1
// 1. 在方式 1 的 run 方法中，违反了单一职责原则
// 2. 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
class Vehicle {
	public void run(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");
	}
}

测试代码二：

public class SingleResponsibility2 {
	public static void main(String[] args) {
		RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
		roadVehicle.run("摩托车");
		roadVehicle.run("汽车");

		AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
		airVehicle.run("飞机");
	}
}

//方案 2 的分析
//1. 遵守单一职责原则
//2. 但是这样做的改动很大，即将类分解，同时修改客户端
//3. 改进：直接修改 Vehicle 类，改动的代码会比较少=>方案 3
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");
	}
}

测试代码三：

public class SingleResponsibility3 {
	public static void main(String[] args) {
		Vehicle3 vehicle2 = new Vehicle3();
		vehicle2.run("汽车");
		vehicle2.runWater("轮船");
		vehicle2.runAir("飞机");
	}

}
//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职责原则，但是在方法级别上，仍然是遵守单一职责

class Vehicle3 {
	public void run(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");
	}

	public void runAir(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + " 在天空上运行....");
	}

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

2.2、注意事项

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

3、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

3.1、概述

客户端不应该依赖它不需要的接口。一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

3.2、测试案例

测试代码一：

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

	}
}

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

class B implements Interface1 {
	public void operation1() {
		System.out.println("B 实现了 operation1");
	}
	public void operation2() {
		System.out.println("B 实现了 operation2");
	}
	public void operation3() {
		System.out.println("B 实现了 operation3");
	}
	public void operation4() {
		System.out.println("B 实现了 operation4");
	}
	public void operation5() {
		System.out.println("B 实现了 operation5");
	}
}

class D implements Interface1 {
	public void operation1() {
		System.out.println("D 实现了 operation1");
	}
	public void operation2() {
		System.out.println("D 实现了 operation2");
	}
	public void operation3() {
		System.out.println("D 实现了 operation3");
	}
	public void operation4() {
		System.out.println("D 实现了  operation4");
	}
	public void operation5() {
		System.out.println("D 实现了  operation5");
	}
}

//A 类通过接口 Interface1 依赖(使用) B 类，但是只会用到 1,2,3 方法
class A {
	public void depend1(Interface1 i) {
		i.operation1();
	}
	public void depend2(Interface1 i) {
		i.operation2();
	}
	public void depend3(Interface1 i) {
		i.operation3();
	}
}

//C 类通过接口 Interface1  依赖(使用) D 类，但是只会用到 1,4,5 方法
class C {
	public void depend1(Interface1 i) {
		i.operation1();
	}
	public void depend4(Interface1 i) {
		i.operation4();
	}
	public void depend5(Interface1 i) {
		i.operation5();
	}
}

代码结构如图所示：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GIOOGrCb-1623071661319)(设计模式概述.assets/image-20210606114340902.png)]

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。即类A最多只会使用到接口Interface1中的三个方法，但类B由于实现了接口Interface1，则会实现其全部方法，这对于类A而言，多余的方法是没有必要的，所以需要对Interface接口进行拆分。

class B implements Interface1 {
    // 实现operation1()方法
}

class A {
	public void depend1(Interface1 i) { i.operation1();}
}

// 测试代码
A a = new A();
a.depend1(new B()); // A 类通过接口去依赖 B 类

代码结构如下：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MtiyywoY-1623071661320)(设计模式概述.assets/image-20210606112714482.png)]

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。也就是采用接口隔离原则

// 实现的接口，由原来的一个大接口，转变为两个职责更小的接口
class B implements Interface1, Interface2 {
    // 实现operation1()方法
}

class A {
	public void depend1(Interface1 i) { i.operation1();}
}

// 测试代码
A a = new A();
a.depend1(new B()); // A 类通过接口去依赖 B 类

代码结构如下：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-S1FhiEQz-1623071661322)(设计模式概述.assets/clip_image002-1622951123094.jpg)]

批注：

此处测试案例为讲解接口隔离原则的作用，若抛开此背景，笔者认为想要解决接口方法过多浪费的情况有以下两个思路：

类B给出接口中不需要使用的方法空实现
在接口和类B中间引入一个抽象类，给类B和类D都需要的公共方法给出公共实现，其余给出默认空实现，类B和类D再继承抽象类，完成对应方法的重写

测试代码二：

public class InterfaceSegregation2 {
	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 {
	public void operation1() {
		System.out.println("B 实现了 operation1");
	}
	public void operation2() {
		System.out.println("B 实现了 operation2");
	}
	public void operation3() {
		System.out.println("B 实现了 operation3");
	}
}


class D implements Interface1, Interface3 {
	public void operation1() {
		System.out.println("D 实现了  operation1");
	}
	public void operation4() {
		System.out.println("D 实现了  operation4");
	}
	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();
	}
}

代码结构如图所示：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gV0YktdV-1623071661324)(设计模式概述.assets/image-20210606114121034.png)]

4、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

4.1、概述

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。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

4.2、测试案例

测试代码一：

public class DependenceInversion {
	public static void main(String[] args) {
		Person person = new Person();
		person.receive(new Email());
		person.receiveWinXin(new WeiXin());
	}
}

//完成 Person 接收邮件消息的功能
//分析
//1. 简单，比较容易想到
//2. 如果我们想要扩展功能，如接受微信，短信等信息。则新增类，同时 Perons 也要增加相应的接收方法，如此处的接受微信信息。
//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, 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
class Person {
	public void receive(Email email) {
		System.out.println(email.getInfo());
	}

    // 增加接受微信信息的方法
	public void receiveWinXin(WeiXin weiXin) {
		System.out.println(weiXin.getInfo());
	}
}

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

//增加接受微信信息功能
class WeiXin {
	public String getInfo() {
		return "微信信息: hello,WinXin";
	}
}

如果我们想要扩展功能，如接受微信，短信等信息。由于我们的代码是属于硬编码，所以想要完成该功能的步骤为，第一步：新增一个功能类，第二步：同时 Perons 也要增加相应的接收方法，如此处的接受微信信息。

优化代码解决思路：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 接口就行, 这样我们就符号依赖倒转原则

测试代码二：

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

//增加接受微信信息功能
class WeiXin implements IReceiver {
	public String getInfo() {
		return "微信信息: hello,WinXin";
	}
}

//方式 2
class Person {
	//这里我们是对接口的依赖
	public 以上是关于设计模式七大原则的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 设计模式软件设计七大原则 ( 依赖倒置原则 | 代码示例 )
 解密设计模式的七大原则
 设计模式软件设计七大原则 ( 迪米特原则 | 代码示例 )
 设计模式软件设计七大原则 ( 接口隔离原则 | 代码示例 )
 设计模式七大原则开闭原则
 Python设计模式 - 基础 - 七大基本原则