万字总结之设计模式(扫盲篇)
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了万字总结之设计模式(扫盲篇)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
这是学习Java的小姐姐第47篇原创文章
前言
上篇说了反射,将其作为框架的基础知识。还没看过的移至传送门,参考我之前的文章万字总结之反射(框架之魂)。
今天我们来看设计模式。话不多说,let's go。
什么是设计模式?
设计模式是对软件设计普遍存在的问题,所提出的解决方案。与项目本身没有关系,不管是电商,ERP,OA 等,都可以利用设计模式来解决相关问题。
当然如果这个软件就只有一小部分人用,并且功能非常简单,在未来可预期的时间内,不会做任何大的修改和添加,即可以不使用设计模式。但是这种的太少了,所以设计模式还是非常重要的。
为什么要使用设计模式?
使用设计模式的最终目的是“高内聚低耦合”。
代码重用性:相同功能的代码,不多多次编写
代码可读性:编程规范性,便于其他程序员阅读
代码可扩展性:当增加新的功能后,对原来的功能没有影响
设计模式的七大原则
设计模式有7大原则,具体如下,即这些不仅是设计模式的依据,也是我们平常编程中应该遵守的原则。
1.单一职责原则
见名知意,我们设计的类尽量负责一项功能,如A类只负责功能A,B类只负责功能B,不要让A类既负责功能A,又负责功能B,这样会导致代码混乱,容易产生bug。
a.未使用单一职责原则
Single类:
public class single {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.run("汽车");
vehicle.run("轮船");
vehicle.run("飞机");
}
}
Vehicle类:
public class Vehicle {
void run(String type){
System.out.println(type+"在公路上开");
}
}
运行结果:
我们看下运行结果,汽车是在公路上开,但是轮船和飞机并不是在公路上。因为Vehicle类负责了不止一个功能,所以该设计是有问题的。
b.已使用单一职责原则
对于上面的例子,我们采用单一职责原则重写一下,将Vehicle类拆分成三个类,分别是Car,Ship,Plane,让他们各自负责陆地上,水上,空中的交通工具,使其互不影响。如果我们需要对水上交通做“风级大于8级,禁止出海”的限制,就只需要对Ship类进行修改。
single类:
public class single {
public static void main(String[] args) {
Car car = new Car();
car.run("汽车");
Ship ship=new Ship();
ship.run("轮船");
Plane plane=new Plane();
plane.run("飞机");
}
}
Car类:
public class Car {
void run(String type){
System.out.println(type+"在公路上开");
}
}
Ship类:
public class Ship {
void run(String type){
System.out.println(type+"在水里开");
}
}
Plane类:
public class Plane {
void run(String type){
System.out.println(type+"在天空开");
}
}
运行结果:
c.优化
我们可以发现单一职责原则有点代码太多了,显得冗余。毕竟我们程序员是能少写就少写,决不能多写代码。那我们对其优化下,上面每个类只有一个方法,我们可以合并为一个类,其中有三个方法,每个方法对应着在公路上,在水上,在天空中的交通工具,将单一职责原则落在方法层面,而不再是类层面,代码如下:
single类:
public class single {
public static void main(String[] args) {
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.runOnRoad("汽车");
vehicle.runOnWater("轮船");
vehicle.runOnAir("飞机");
}
}
public class Vehicle {
void runOnRoad(String type){
System.out.println(type+"在公路上开");
}
void runOnWater(String type){
System.out.println(type+"在水里开");
}
void runOnAir(String type){
System.out.println(type+"在天空开");
}
}
运行结果:
d.优缺点总结
优点:
降低类的复杂性,一个类只负责一个职责。
提高代码的可读性,逻辑清楚明了。
降低风险,只修改一个类,并不影响其他类的功能。
缺点:代码量增多。(可将单一职责原则落在方法层面进行优化)
2.接口隔离原则
类不应该依赖他不需要的接口,接口尽量小颗粒划分。
a.未使用接口隔离原则
People类:
public interface People {
void exam();
void teach();
}
Student类:
public class Student implements People {
@Override
public void exam() {
System.out.println("学生考试");
}
@Override
public void teach() {
}
}
Teacher类:
public class Teacher implements People{
@Override
public void exam() {
}
@Override
public void teach() {
System.out.println("教师教书");
}
}
test类:
public class test {
public static void main(String[] args){
People student=new Student();
student.exam();
People teacher=new Teacher();
teacher.teach();
}
}
运行结果:
注:此处代码并没有报错,正常运行的,但是看得代码冗余且奇怪。Student只需要实现People的exam方法,而Teacher只需要实现People的teach方法,但是现在Student实现了People接口,就必须重写exam和teach方法,Teacher也是如此。
b.已使用接口隔离原则
我们将People接口的两个方法拆分开,分为两个接口People1和People2,并且让Sudent实现People1接口,Teacher实现People2接口,使其互不干扰,具体代码如下:
People1类:
public interface People1 {
void exam();
}
People2类:
public interface People2 {
void teach();
}
Student类:
public class Student implements People1 {
@Override
public void exam() {
System.out.println("学生考试");
}
}
Teacher类:
public class Teacher implements People2 {
@Override
public void teach() {
System.out.println("教师教书");
}
}
test类:
public class test {
public static void main(String[] args){
People1 student=new Student();
student.exam();
People2 teacher=new Teacher();
teacher.teach();
}
}
运行结果:
c.总结
某人要问了,那奇怪碍什么事,能正常运行就行?此处需要敲头,产品经理认为能跑就行我可以理解,但是咱身为程序员,不能就这点追求,要求代码优雅。。。(手动调侃产品经理)
言归正传,如果将多个方法合并为一个接口,再提供给其他系统使用的时候,就必须实现该接口的所有方法,那有些方法是根本不需要的,造成使用者的混淆。
3.依赖倒转原则
高层模块不应该依赖底层模块,二者都应该依赖接口或抽象类。其核心就是面向接口编程
依赖倒转原则主要基于如下的设计理念: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。
抽象指接口或抽象类,细节指具体的实现类。
这样讲太干涩,照搬宣科,没有灵魂,说了等于没说。接下来我们用例子来说明。
a.未使用依赖倒转原则
由于现在是特殊时期,我们先来一个买菜的例子。如下是傻白甜的例子,未使用到依赖倒转原则。
Qingcai类:
public class Qingcai {
public void run(){
System.out.println("买到了青菜");
}
}
People类:
public class People {
public void bug(Qingcai qingcai){
qingcai.run();
}
}
test类:
public class test {
public static void main(String[] args){
People people=new People();
people.bug(new Qingcai());
}
}
运行结果:
b.提出问题,思路转变(重点)
上述看着没啥问题,但是如果他不想买青菜,想买萝卜怎么办?我们当然可以新建一个萝卜类,再给他弄一个run方法,但是问题是People并没有操作萝卜类的方法,我们还需要在People添加对萝卜类的依赖。这样代码要修改的代码量太多了,模块与模块之间的耦合性太高,只要需要稍微有点变化,就要大面积重构,所以该设计不合理,我们看下其类图,如下:
这种设计是一般设计的思考方式,而依赖倒转原则中的倒转是指和平常的思考方式完全相反,先从底部开始,即先从Qingcai和Luobo开始,然后想是否能抽象出什么。很明显,他们都是蔬菜,然后我们再回头重新思考如何来设计,新的设计图如下:(请原谅我手残党,画图都画不好。。。)
我们可以看到将低层的类抽象出一个接口Shucai,其直接和高层进行交互,而低层的一些类则不参与,这样能降低代码的耦合性,提高稳定性。
c.已使用依赖倒转原则
思路有了,那就来代码耍耍把。
Shucai类:
public interface Shucai {
public void run();
}
Qingcai类:
public class Qingcai implements Shucai{
public void run(){
System.out.println("买到了青菜");
}
}
Luobo类:
public class Luobo implements Shucai {
@Override
public void run() {
System.out.println("买到了萝卜");
}
}
People类:
public class People {
public void bug(Shucai shucai){
shucai.run();
}
}
test类:
public class test {
public static void main(String[] args){
People people=new People();
people.bug(new Qingcai());
people.bug(new Luobo());
}
}
运行结果:
d.总结
该原则重点在“倒转”,要从低层往上思考,尽量抽象抽象类和接口。此例子很好的解释了“上层模块不应该依赖低层模块,他们都应该依赖于抽象”。在最开始的设计中,上层模块依赖了低层模块,调整后,上层模块和低层模块都依赖于接口Shucai,依赖关系从图中可以看出来了“倒转”。
4.里氏替换原则
a.继承的优缺点
里氏替换原则是1988年麻省理工姓李的女士提出,它是阐述了对继承extends的一些看法。
继承的优点:
提高代码的重用性,子类也有父类的属性和方法。
提高代码的可扩展性,子类有自己特有的方法。
继承的缺点:
当父类发生改变的时候,要考虑子类的修改。
里氏替换原则是继承的基础,只有当子类替换父类时,软件功能仍然不受到影响,才说明父类真正被复用啦。
a.使用里氏替换原则1
子类必须实现父类的抽象方法,但不得重写(覆盖)父类的非抽象(已实现)方法。
反例
父类A:
public class A {
public void run(){
System.out.println("父类执行");
}
}
子类B:
public class B extends A{
public void run(){
System.out.println("子类执行");
}
}
测试类test:
public class test {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
a.run();
System.out.println("将子类替换成父类:");
B b = new B();
b.run();
}
}
运行结果:
注:我每次使用子类替换父类的时候,还要担心这个子类有没有可能导致问题。此处子类不能直接替换成父类,故没有遵循里氏替换原则。
b.使用里氏替换原则2
子类中可以增加自己特有的方法
父类A:
public class A {
public void run(){
System.out.println("父类执行");
}
}
子类B:
public class B extends A{
public void runOwn(){
System.out.println("子类执行");
}
}
测试类test:
public class test {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
a.run();
System.out.println("将子类替换成父类:");
B b = new B();
b.run();
b.runOwn();
}
}
运行结果:
注:父类A 有run方法,继承父类A的子类B有runOwn方法,测试类test先是调用A类的run方法,接着用B类替换A类,发现还是执行的是父类A的run方法,最后再调用子类B特有的方法runOwn方法。如上,说明该段代码已使用了里氏替换原则。
c.使用里氏替换原则3
当子类覆盖或实现父类的方法时,方法的前置条件(即方法的形参)要比父类方法的输入参数更宽松。
父类A:
public class A {
public void run(HashMap hashMap){
System.out.println("父类执行");
}
}
子类B :
public class B extends A{
public void run(Map map){
System.out.println("子类执行");
}
}
测试类test:
public class test {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
a.run(new HashMap());
System.out.println("将子类替换成父类:");
B b = new B();
b.run(new HashMap());
}
}
运行结果:
我们可以看到在测试类test中,将父类A替换成子类B的时候,还是显示的执行结果“父类执行”,我们可以发现他并不是重写,而是方法重载,因为参数不一样,所以他其实是对继承的规范化,为了更好的使用继承。关于是否为方法重载或重写,我们从下图看:
如果是重写,在上图标红的位置会出现箭头,我们可以看出是实际为重载。
那如果没有使用这个规则,会是什么样?看下面的代码:
父类A:
public class A {
public void run(Map map){
System.out.println("父类执行");
}
}
子类B:
public class B extends A{
public void run(HashMap hashMap){
System.out.println("子类执行");
}
}
测试test:
public class test {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
a.run(new HashMap());
System.out.println("将子类替换成父类:");
B b = new B();
b.run(new HashMap());
}
}
运行结果:
我们可以看到将子类的范围比父类大的时候,替换的子类还是执行自己的子类方法。此不符合里氏替换原则。
d.总结
我们平常好像也没有遵循这些里氏替换原则,程序还是正常跑。其实如果不遵循里氏替换原则,你写的代码出问题的几率会大大增加。
5.开闭原则(重点)
a.基本介绍
前面四个原则,单一职责原则,接口屏蔽原则,依赖倒转原则,里氏替换原则可以说都是为了开闭原则做铺垫,其是编程汇总最基础,最重要的设计原则,核心为对扩展开发,对修改关闭,简单来说,通过扩展软件的行为来实现变化,而不是通过修改来实现,尽量不修改代码,而是扩展代码。
b.未使用开闭原则
接口transport:
public interface transport {
public void run();
}
Bus:
public class Bus implements transport {
@Override
public void run() {
System.out.println("大巴在公路上跑");
}
}
当我们修改需求,让大巴也能有在水里开的属性,我们可以对Bus类添加一个方法即可。但是这个已经违背了开闭原则,如果业务复杂,这样子的修改很容易出问题的。
c.已使用开闭原则
我们可以新增一个类,实现transport接口,并继承Bus类,写自己的需求即可。
public class universalBus extends Bus implements transport {
@Override
public void run() {
System.out.println("大巴既然在公路上开,又能在水里开");
}
}
6.迪米特原则
a.介绍
一个对象应该对其他对象保持最少的了解。
类与类关系越密切,耦合度越大
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
迪米特法则还有个更简单的定义:只与直接(熟悉)的朋友通信
直接(熟悉)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。
把上面的概念一一翻译成人话就是:
我们这个类姑娘啊,因为太矜持了不善于社交,所以对其他类伙伴们不怎么熟悉。
类姑娘实在是太害羞了,一旦与别人多说几句话就会紧张的不知所措,频频犯错。
矜持的类姑娘尽管心思很活跃,爱多想。但是给别人的感觉都是纯洁的像一张白纸。
因为类姑娘太过于矜持,害怕陌生人,认为陌生人都是坏人,所以只与自己熟悉的朋友交流。
类姑娘熟悉的朋友有:成员变量,方法参数,方法返回值的对象。而出现在其他地方的类都是陌生人,坏人!本姑娘拒绝与你交流!!!
哈哈,这样应该大家都能理解了。总而言之就一句话:一个类应该尽量不要知道其他类太多的东西,不要和陌生的类有太多接触。
b.未使用迪米特原则
总公司员工Employee类:
public class Employee {
private String id;
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
}
分公司员工SubEmployee类:
public class SubEmployee {
private String id;
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
}
总公司员工管理EmployeeManager类:
public class EmployeeManager {
public List<Employee> setValue(){
List<Employee> employees=new ArrayList<Employee>();
for(int i=0;i<10;i++){
Employee employee=new Employee();
employee.setId("总公司"+i);
employees.add(employee);
}
return employees;
}
public void printAllEmployee(SubEmployeeManager sub){
List<SubEmployee> list1 = sub.setValue();
for(SubEmployee e:list1){
System.out.println(e.getId());
}
List<Employee> list2 = this.setValue();
for(Employee e:list2){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
分公司员工管理SubEmployeeManager类:
public class SubEmployeeManager {
public List<SubEmployee> setValue(){
List<SubEmployee> subEmployees=new ArrayList<SubEmployee>();
for(int i=0;i<10;i++){
SubEmployee subEmployee=new SubEmployee();
subEmployee.setId("分公司"+i);
subEmployees.add(subEmployee);
}
return subEmployees;
}
}
测试类:
public class test {
public static void main(String[] args){
EmployeeManager employeeManager=new EmployeeManager();
SubEmployeeManager subEmployeeManager=new SubEmployeeManager();
employeeManager.printAllEmployee(subEmployeeManager);
}
}
运行结果:
上面的代码是正常运行的,但是可以看到一个问题,EmployeeManager类的printAllEmployee方法中使用的局部变量SubEmployee是不符合迪米特法则的,其是陌生朋友,应该拒绝沟通。
b.已使用迪米特原则
EmployeeManager类:
public class EmployeeManager {
public List<Employee> setValue() {
List<Employee> employees = new ArrayList<Employee>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Employee employee = new Employee();
employee.setId("总公司" + i);
employees.add(employee);
}
return employees;
}
public void printAllEmployee(SubEmployeeManager sub) {
sub.printAllSubEmployee();
List<Employee> list2 = this.setValue();
for (Employee e : list2) {
System.out.println(e.getId());
}
}
}
SubEmployeeManager类:
public class SubEmployeeManager {
public List<SubEmployee> setValue(){
List<SubEmployee> subEmployees=new ArrayList<SubEmployee>();
for(int i=0;i<10;i++){
SubEmployee subEmployee=new SubEmployee();
subEmployee.setId("分公司"+i);
subEmployees.add(subEmployee);
}
return subEmployees;
}
public void printAllSubEmployee(){
List<SubEmployee> list1 = setValue();
for(SubEmployee e:list1){
System.out.println(e.getId());
}
}
}
我们将EmployeeManager类printAllEmployee方法中的打印分公司的代码移到了分公司的管理类SubEmployeeManager类中,再在方法中显示的调用SubEmployeeManager类的方法,这符合迪米特法则的。
7.合成复用原则
尽量使用合成/集合,不要用继承。
如果使用继承,会使得耦合性加强,尽量作为方法的输入参数或类的成员变量,这样可以避免耦合。
结语
所有的原则只是规范,为了代码更加优雅,为了让人一目了然。如果一定不遵循原则,那代码还是可以跑的,只是日后出bug的可能性提高。
以上,简单来说,主要包括两点:
1.找出应用中需要变化的独立出来,不要和固定的混合在一起。
2.面向接口编程,而不是面向实现编程。
以上是关于万字总结之设计模式(扫盲篇)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章