设计模式的七大原则详解

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发布时间：2019-03-14

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设计模式的目的

编写软件过程中，程序猿面临着来自耦合性，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

1）代码重用性（相同功能的代码，不用多次编写）

2）可读性（编程规范性，便于其他程序员的阅读和理解）

3）可扩展性（当需要增加新的功能时，非常的方便，称为可维护）

4）可靠性（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

设计模式常用的七大原则：

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 ocp （工厂设计模式）

6）迪米特法则

7）合成复用原则

单一职责原则

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

应用实例

1）以交通工具为案例

方式一：

package com.atguigu.principle.singleresponsibility;/** * @Author panghl * @Date 2021/3/22 20:45 * @Description 单一职责原则 **/public class SingleResponsibility1 {    public static void main(String[] args) {        Vehicle vehicle = new Vehicle();        vehicle.run("小汽车");        vehicle.run("摩托车");        vehicle.run("飞机");    }}/** * 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 + "在公路上跑。。。");    }}

方式二：

package com.atguigu.principle.singleresponsibility;/** * @Author panghl * @Date 2021/3/22 20:49 * @Description TODO **/public class SingleResponsibility2 {    public static void main(String[] args) {        RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();        roadVehicle.run("汽车");        roadVehicle.run("摩托车");        AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();        airVehicle.run("飞机");        WaterVehicle waterVehicle = new WaterVehicle();        waterVehicle.run("潜艇");    }}/** * 方案二的分析 * 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 =>方案三 */class RoadVehicle{    public void run(String vehicle) {        System.out.println(vehicle + "在公路上跑。。。");    }}class AirVehicle{    public void run(String vehicle) {        System.out.println(vehicle + "在天空上跑。。。");    }}class WaterVehicle{    public void run(String vehicle) {        System.out.println(vehicle + "在水中跑。。。");    }}

方式三：

package com.atguigu.principle.singleresponsibility;/** * @Author panghl * @Date 2021/3/22 21:03 * @Description TODO **/public class SingleResponsibility3 {    public static void main(String[] args) {        Vehicle2 v2 = new Vehicle2();        v2.run("汽车");        v2.runAir("飞机");        v2.runWater("潜艇");    }}/** 方式3 的分析 * 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职责原则，但是在方法级别上，仍然是遵守单一职责 * 3.改进：直接修改Vehicle 类，改动的代码会比较少 * **/class Vehicle2 {    public void run(String vehicle) {        System.out.println(vehicle + "在公路上跑。。。");    }    public void runAir(String vehicle) {        System.out.println(vehicle + "在天空上跑。。。");    }    public void runWater(String vehicle) {        System.out.println(vehicle + "在水中跑。。。");    }}

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

接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

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的应该建立在最小的接口上

应用案例：

类A通过接口Interface1依赖类B ，类C通过接口Interface1依赖D，请编写代码完成此应用案例！使用接口隔离原则编写代码

package com.atguigu.principle.segregation.improve;/** * @Author panghl * @Date 2021/3/23 20:24 * @Description TODO **/public class Segregation1 {    public static void main(String[] args) {        A a = new A();        a.depend1(new B()); //A类通过接口依赖B类        a.depend2(new B());        a.depend3(new B());        C c = new C();        c.depend1(new D());        c.depend4(new D());        c.depend5(new D());    }}//接口1interface Interface1 {    void operation1();}//接口2interface Interface2{    void operation2();    void operation3();}//接口3interface Interface3{    void operation4();    void operation5();}class B implements Interface1,Interface2 {    @Override    public void operation1() {        System.out.println(" B 实现了 operation1");    }    @Override    public void operation2() {        System.out.println(" B 实现了 operation2");    }    @Override    public void operation3() {        System.out.println(" B 实现了 operation3");    }}class A { //A 类通过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 D implements Interface1,Interface3 {    @Override    public void operation1() {        System.out.println(" D 实现了 operation1");    }    @Override    public void operation4() {        System.out.println(" D 实现了 operation4");    }    @Override    public void operation5() {        System.out.println(" D 实现了 operation5");    }}class C {    public void depend1(Interface1 i) {        i.operation1();    }    public void depend4(Interface3 i) {        i.operation4();    }    public void depend5(Interface3 i) {        i.operation5();    }}

依赖倒转原则

依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)是指：

1）高层模块不应该依赖底层模块，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(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指定好规范，而不设计任何具体的操作，把展现细节的任务交给他们的实现类去完成。

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

package com.atguigu.principle.Inversion.inprove2;/** * @Author panghl * @Date 2021/3/23 22:54 * @Description TODO **/public class DependecyInversion3 {    public static void main(String[] args) {//        ChangHong changHong = new ChangHong();//        openAndClose.open(changHong);//        OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose(new ChangHong());//        openAndClose.open();        OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();        openAndClose.setTv(new ChangHong());        openAndClose.open();    }}/*方式1：通过接口传递实现依赖开关的接口 */interface IOpenAndClose {    //方式一    public void open(ITV tv); // 抽象方法，接收接口    //    方式二 or  方式三 set    public void open();}interface ITV { //ITV接口    public void play();}class ChangHong implements ITV {    @Override    public void play() {        System.out.println("长虹电视机，打开。。。");    }}class OpenAndClose implements IOpenAndClose {    public ITV tv;    public OpenAndClose() {    }    public OpenAndClose(ITV tv) {        this.tv = tv;    }    //方式三    public void setTv(ITV tv) {        this.tv = tv;    }    @Override    public void open(ITV tv) {        tv.play();    }    @Override    public void open() {        tv.play();    }}

依赖倒转原则的注意事项和细节：

1）底层模型尽量都要有抽象类和接口，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，就存在一个缓存层，利用程序扩展和优化

3）继承时遵守里氏替换原则

里氏替换原则

1）里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)在1988年，由麻省理工学院的一位姓里的女士提出的。

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都代替成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，遵守里氏替换原则，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。

一个程序引出的问题和思考，来看个程序

package com.atguigu.principle.liskov;/** * @Author panghl * @Date 2021/3/24 23:14 * @Description TODO **/public class Liskov {    public static void main(String[] args) {        A a = new A();        System.out.println(a.func1(11, 3));        B b = new B();        System.out.println(b.func1(11,3));        System.out.println(b.func2(11,3));    }}//A类class A {    //返回两个数的差    public int func1(int num1, int num2) {        return num1 - num2;    }}//B类继承了A//增加了一个新功能，完成两个数相加，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    @Override    public int func1(int num1, int num2) {        return num1 + num2;    }    public int func2(int a, int b) {        return func1(a, b) + 9;    }}

1）我们发现原来运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类B无意中重写了父类的方法，造成原有功能出现错误，在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的复用性会较差，特别是运行多态比较频繁的时候。

2）通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖、聚合、组合等关系代替。

package com.atguigu.principle.liskov.inprove;/** * @Author panghl * @Date 2021/3/24 23:14 * @Description TODO **/public class Liskov {    public static void main(String[] args) {        A a = new A();        System.out.println(a.func1(11, 3));        B b = new B();        //因为B类不再继承A类，因此调用者，不会再是func1求减法        //调用完成的功能就会很明确        System.out.println(b.func1(11,3));        System.out.println(b.func2(11,3));        //使用组合仍然可以使用到A类相关方法        System.out.println(b.func3(11,3));    }}//创建一个基类class Base{    //把更加基础的方法和成员写到Base类}//A类class A extends Base{    //返回两个数的差    public int func1(int num1, int num2) {        return num1 - num2;    }}//B类继承了A//增加了一个新功能，完成两个数相加，然后和9求和class B extends Base {    //如果B类需要使用A类的方法，使用组合关系    private A a = new A();    //这里重写了A类的方法，可能是无意识    public int func1(int num1, int num2) {        return num1 + num2;    }    public int func2(int a, int b) {        return func1(a, b) + 9;    }    //我们仍然想使用A的方法    public int func3(int a,int b){        return this.a.func1(a,b);    }}

开闭原则

1）开闭原则(Open Closed Principle) 是程序中最基础、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，对修改关闭。用抽象构件框架，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。

方式一：

package com.atguigu.principle.ocp;/** * @Author panghl * @Date 2021/4/6 22:27 * @Description TODO **/public class Ocp {    public static void main(String[] args) {        //使用看看存在的问题        GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();        graphicEditor.drawShape(new Rectangle());        graphicEditor.drawShape(new Circle());        graphicEditor.drawShape(new Triangle());    }}//这是一个用于绘图的类[使用方]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) {            drawTriangle(s);        }    }    //绘制三角形    private void drawTriangle(Shape s) {        System.out.println("绘制三角形");    }    //绘制矩形    private void drawRectangle(Shape s) {        System.out.println("绘制矩形");    }    //绘制圆形    private void drawCircle(Shape s) {        System.out.println("绘制圆形");    }}//Shape 类，基类class Shape {    int m_type;}class Rectangle extends Shape {    Rectangle() {        super.m_type = 1;    }}class Circle extends Shape {    Circle() {        super.m_type = 2;    }}//新增三角形class Triangle extends Shape {    Triangle() {        super.m_type = 3;    }}

方式一的改进的思路分析

思路：把创建Shape的类做成抽象类，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，使用方的代码就不需要修改--》满足了开闭原则

package com.atguigu.principle.ocp.improve;/** * @Author panghl * @Date 2021/4/6 22:27 * @Description TODO **/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 Others());    }}//这是一个用于绘图的类[使用方]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) {        s.draw();    }}//Shape 类，基类abstract class Shape {    int m_type;    public abstract void draw(); //抽象方法}class Rectangle extends Shape {    Rectangle() {        super.m_type = 1;    }    @Override    public void draw() {        System.out.println("绘制矩形");    }}class Circle extends Shape {    Circle() {        super.m_type = 2;    }    @Override    public void draw() {        System.out.println("绘制yuan");    }}//新增三角形class Triangle extends Shape {    Triangle() {        super.m_type = 3;    }    @Override    public void draw() {        System.out.println("绘制三角形");    }}//新增一个图形class Others extends Shape{    Others() {        super.m_type = 4;    }    @Override    public void draw() {        System.out.println("绘制其他");    }}

迪米特法则

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

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：只与直接的朋友通信

直接的朋友：

package com.atguigu.principle.demeter;import java.util.ArrayList;import java.util.List;/** * @Author panghl * @Date 2021/4/6 23:13 * @Description TODO **/public class Demeter {    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.printAllEmp(new CollegeManager());    }}//学校总部员工class Employee{    private String id;    public String getId() {        return id;    }    public void setId(String id) {        this.id = id;    }}//学院的员工类class CollegeEmployee{    private String id;    public String getId() {        return id;    }    public void setId(String id) {        this.id = id;    }}//管理学院员工的管理类class CollegeManager{    public List
   
     getAllEmployee(){        List
    
      list = new ArrayList<>();        for (int i = 0; i < 10; i++) {            CollegeEmployee collegeEmployee = new CollegeEmployee();            collegeEmployee.setId(i+"");            list.add(collegeEmployee);        }        return list;    }}//分析SchoolManager 类的直接朋友类有哪些 Employee、CollegeManager//CollegeEmployee 是一个陌生类//管理学院员工的管理类class SchoolManager{    public List
     
       getAllEmployee(){        List
      
        list = new ArrayList<>();        for (int i = 0; i < 5; i++) {            Employee employee = new Employee();            employee.setId(i+"");            list.add(employee);        }        return list;    }    void printAllEmp(CollegeManager manager){        //分析问题        //1.这里的CollegeEmployee 不是SchoolManager的直接朋友        //2.CollegeEmployee是以局部变量的方法存在于SchoolManager        //3.违反了 迪米特 法则        List
       
         list = manager.getAllEmployee();        System.out.println("分公司员工------------");        for (CollegeEmployee collegeEmployee : list) {            System.out.println(collegeEmployee.getId());        }        List
        
          list2 = getAllEmployee(); System.out.println("学校总部员工"); for (Employee employee : list2) { System.out.println(employee.getId()); } }}

改进：

package com.atguigu.principle.demeter.improve;import java.util.ArrayList;import java.util.List;/** * @Author panghl * @Date 2021/4/6 23:13 * @Description TODO **/public class Demeter {    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.printAllEmp(new CollegeManager());    }}//学校总部员工class Employee {    private String id;    public String getId() {        return id;    }    public void setId(String id) {        this.id = id;    }}//学院的员工类class CollegeEmployee {    private String id;    public String getId() {        return id;    }    public void setId(String id) {        this.id = id;    }}//管理学院员工的管理类class CollegeManager {    public List
   
     getAllEmployee() {        List
    
      list = new ArrayList<>();        for (int i = 0; i < 10; i++) {            CollegeEmployee collegeEmployee = new CollegeEmployee();            collegeEmployee.setId(i + "");            list.add(collegeEmployee);        }        return list;    }    //输出学院员工的信息    public void printEmployee() {        List
     
       list = this.getAllEmployee();        System.out.println("分公司员工------------");        for (CollegeEmployee collegeEmployee : list) {            System.out.println(collegeEmployee.getId());        }    }}//分析SchoolManager 类的直接朋友类有哪些 Employee、CollegeManager//CollegeEmployee 是一个陌生类//管理学院员工的管理类class SchoolManager {    public List
      
        getAllEmployee() {        List
       
         list = new ArrayList<>();        for (int i = 0; i < 5; i++) {            Employee employee = new Employee();            employee.setId(i + "");            list.add(employee);        }        return list;    }    void printAllEmp(CollegeManager manager) {        //分析问题        //1.将输出学院的员工方法，封装到CollegeManager        manager.printEmployee();        List
        
          list2 = getAllEmployee(); System.out.println("学校总部员工"); for (Employee employee : list2) { System.out.println(employee.getId()); } }}

迪米特法则注意事项和细节

迪米特法则的核心是降低类之间的耦合

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。

合成复用原则(Composite Reuse Principle)

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

设计原则核心思想

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。

转载地址：http://oqhoz.baihongyu.com/

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