设计模式总篇：从为什么需要原则到实际落地（附知识图谱）

Posted 2021-04-25 是Kerwin啊

聊聊为什么需要原则

我们所有人都看过科幻电影，都看到过未来场景中人类和机器人和平相处的场景

为了让拥有自主智能的机器人不失控，人类为机器人制定了三大定律：

• 第一定律：机器人不得伤害人类个体，或者目睹人类个体将遭受危险而袖手不管
• 第二定律：机器人必须服从人给予它的命令，当该命令与第一定律冲突时例外
• 第三定律：机器人在不违反第一、第二定律的情况下要尽可能保护自己的生存

当然有时也会出现下面的情况，机器人和人类开始互为阵营，各自为敌

但是各自为敌的情况出现，一般都是机器人觉醒了自我意识，不再遵守三大定律

从逻辑学来说，如果机器人完全遵守三大定律及其衍生的条约，那么机器人就可以和人类和平相处，当然也会有意外发生。

写代码为什么需要设计原则

和机器人的三大定律相仿，几十年的编程经验，让几代人总结出来了一些代码设计上的定律，这就是设计模式的七大原则

我们遵循七大原则，一定会写出最完美的代码吗？

答案当然是不一定，毕竟没有人能保证自己可以完全遵循七大原则，同时个人的编程能力也会起到决定性因素。

那我们为什么还要遵守？

我自己想到的一句名言（以后或许可以成为名言~）

向着最好的方向去努力，总不会是最差的结果。

七大原则详解

开闭原则 ★★★★★

软件实体对扩展是开放的，但对修改是关闭的，即在不修改一个软件实体的基础上去扩展其功能

例如：

以策略模式为例，当我们新增一种策略的时候，只需要实现策略顶层接口，在调用的时指向新的策略即可

针对这一条原则，在实现难度上要比单一职责更难，在编码期间，我们需要充分考虑未来的拓展性，规范接口，依赖抽象，这样才能在需要拓展的时候，非常方便的实现其效果

最佳实践案例：

说明：在接入第三方SSO时，如果需要新增接入方，基于文中的案例，只需实现固定接口，即可优雅的实现相应需求

依赖倒置原则  ★★★★★

要针对抽象层编程，而不要针对具体类编程

例如：

以适配器模式为例，将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，以此实现的前提便是代码中所依赖的都是抽象的，因为只有依赖抽象，才能在代码运行期间改变其实体，利用多态实现需要的效果

针对该条原则，其实有一定编程经验的人一定会在无形中注意到，而且了解设计模式的话，会发现所有涉及接口和实现的设计模式都会遵从这一条原则

最佳实践案例：

说明：和上一条原则的侧重点不同，在SSO中必然有其固定的流程，如登录-获取Token-获取用户信息-解析-退出等等，在代码的编写阶段，需要我们定义出接口/抽象类，然后依赖于抽象层，最终改变具体类，以此达到无缝切换的效果

合成复用原则  ★★★★☆

总结一句话就是：多用组合，少用继承

例如：

以单例模式和代理模式为例，它们都是该模式的最佳实践者，单例模式是把不同的策略接口通过组合的方式嵌入到Context类中，如代码所示：

public abstract class Duck {
    /**
     * 飞行行为是动态的，可能会变的，因此抽成多个接口的组合，而不是让Duck类继承
     */
    FlyBehavior flyBehavior;

    /**
     * 每个鸭子的叫声不同，抽象成接口
     */
    QuackBehavior quackBehavior;
}

同理，代理模式也是如此，这里就考虑到一个问题，为什么要多用组合而非继承？

其实还是Java中单继承引发的问题，同时继承的语义过于苛刻，因此更多的时候建议善用组合

最佳实践案例：

说明：策略模式就是合成复用原则的最佳实践者，没有之一

单一职责原则   ★★★★☆

类的职责要单一，不能将太多的职责放在一个类中

例如：

在代码设计中某种场景可能存在多种不同的状态，很可能就把代码混在一起了，这时我们利用状态模式进行设计，把各种状态对应的实现细节都用类的级别单独划分，即体现了单一职则原则

针对这一条原则，其实绝大多数人在设计之初都会考虑到，但问题就在于随着工作中人员职责的交叉，很有可能会破坏他人设计的最初目的，为了方便，让一个类拥有五花八门的功能

最佳实践案例：

说明：在状态模式中，每一种状态的处理都是独立的一个类，每个类只需要处理自身的核心逻辑，完美体现了单一职责原则

里氏代换原则  ★★★★☆

在软件系统中，一个可以接受基类对象的地方必然可以接受一个子类对象

当使用继承时，遵循里氏替换原则。类B继承类A时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类A的方法，也尽量不要重载父类A的方法

继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法（相对于抽象方法而言），实际上是在设定一系列的规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵从这些契约，但是如果子类对这些非抽象方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。而里氏替换原则就是表达了这一层含义

例如：

我们都用过ArrayList，有谁看过 forEach方法的源码？

// ArrayList 的父级接口 Iterable  定义的默认方法
default void forEach(Consumer<? super T> action) {
    Objects.requireNonNull(action);
    for (T t : this) {
        action.accept(t);
    }
}

ArrayList重写的方法：

@Override
public void forEach(Consumer<? super E> action) {
    Objects.requireNonNull(action);
    final int expectedModCount = modCount;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    final E[] elementData = (E[]) this.elementData;
    final int size = this.size;
    for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
        action.accept(elementData[i]);
    }
    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

我们看到，ArrayList的重写只是针对数组这种结构优化了性能，其目的性和Iterable接口中的完全一致，因此这种方式的重写不会引起任何问题，反而可以提高效率，我们需要学习这样的方式

迪米特原则  ★★★☆☆

一个对象应该对其他对象保持最少的了解，又名：最少知道原则

例如：

在代码设计场景中，某一个类的调用都会固定使用三个方法，是否可以考虑把三个方法抽取出来，提供一个公共的对外方法？这种思路就是外观模式，外观模式也是迪米特原则的最佳实践

最佳实践案例：

说明：利用外观模式构建统一的对外方法，屏蔽其内部实现，这样一旦内部实现需要更改，完全不会影响调用方，你Get了吗？

接口隔离原则  ★★☆☆☆

使用多个专门的接口来取代一个统一的接口

这个模式其实也很好理解，比如我们定义了接口A，接口B实现了接口A，接口C实现了接口B，基类D其实只需要接口C的方法，但是此时不得不实现所有的方法

其实造成这个根本原因：对接口的抽象，设计出现了偏差

毕竟看过JDK源码或者Spring源码的同学，可以经常发现某一个接口可能实现了一大堆的接口，但是对于普通开发者而言，没有这种强大的设计能力，就需要在设计的时候多思考，如果发现违背了接口隔离原则的情况，就应该对接口进行拆分

思维导图

PS：需要源文件的小伙伴可以在文末扫描二维码，发送【设计模式】即可

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所属类型	设计模式	标题 & 链接
行为型模式	策略模式
行为型模式	观察者模式
行为型模式	命令模式
行为型模式	模板方法模式
行为型模式	迭代器模式
行为型模式	状态模式
行为型模式	职责链模式
行为型模式	备忘录模式
结构型模式	装饰器模式
结构型模式	适配器模式 & 外观模式
结构型模式	组合模式
结构型模式	代理模式
创建型模式	工厂模式 （工厂方法及抽象工厂）
创建型模式	单例模式
创建型模式	建造者模式

源码链接

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