【设计模式学习笔记】七大原则『一』

设计模式是什么

　　在软件开发中，经过验证的，用于解决特定环境下、重复出现的、特定问题的解决方案。

设计模式七大原则

　　设计模式原则，其实就是程序员在编程时，应当遵守的原则，也是各种设计模式的基础(即：设计模式为什么这样设计的依据)

• 设计模式常用的七大原则
  • 单一职责原则：一个类，一个方法只负责一件事。
  • 接口隔离原则：使用专门的接口比使用单一的接口要好。
  • 依赖倒转(倒置)原则：上层不能依赖于下层，他们都应该依赖于抽象。
  • 里氏替换原则：在任何使用父类对象的地方，替换为子类对象以后，程序不会出现问题。
  • 开闭原则：对扩展开放，修改关闭。
  • 迪米特法则：最少知道原则。只和朋友通信。
  • 合成复用原则：尽量使用聚合，依赖，组合等方法。

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。

单一职责原则

基本介绍

　　一个类应该只负责一项职责。如果一个类承担的职责过多，就等于把这些职责耦合在一起，一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类完成其他职责的能力（其余职责跟着收到影响），这样的程序耦合性太强，不利于变化。所以我们在设计类的时候应当把不同的职责互相分离，判断是否应该要分离出不同的类来。

应用实例

// 单一职责原则
public class SingleResponsibility {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("--------------------方案一--------------------");
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.run("摩托车");
        vehicle.run("汽车");
        vehicle.run("飞机");

        System.out.println("--------------------方案二--------------------");
        RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
        AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
        WaterVehicle waterVehicle = new WaterVehicle();
        roadVehicle.run("摩托车");
        airVehicle.run("飞机");
        waterVehicle.run("轮船");

        System.out.println("--------------------方案三--------------------");
        Vehicle2 vehicle2 = new Vehicle2();
        vehicle2.runRoad("摩托车");
        vehicle2.runAir("飞机");
        vehicle2.runWater("轮船");
    }
}
// 交通工具类

/**
 * 1. 方案 1 的 run 方法中违反了单一职责原则
 *      解决方案：根据交通工具运行的方式不同，分解成不同的类即可
 */
class Vehicle {
    public void run (String Vehicle) {
        System.out.println("方案1: " + Vehicle + "在公路上运行....");
    }
}

/**
 * 2. 方案 2 遵守了单一职责原则，但是这样做改动很大，
 *  即要将这个类分解，同时要修改客户端，一个方法就是创建三个类来实现。
 *      解决方案：直接修改 Vehicle 类，在方法上遵守单一原则职责，改动的代码会比较少
 */
class RoadVehicle {
    public void run(String Vehicle) {
        System.out.println("方案2: " + Vehicle + "在公路运行....");
    }
}

class AirVehicle {
    public void run (String Vehicle) {
        System.out.println("方案2: " + Vehicle + "在天空运行....");
    }
}

class WaterVehicle {
    public void run (String Vehicle) {
        System.out.println("方案2: " + Vehicle + "在水中运行....");
    }
}

/**
 * 方案 3 这种修改方法没有对原来的类做大的修改，只是增加了方法，
 * 这里虽然没有在类这个级别上遵守单一职责原则，但是在方法的级别上，
 * 仍然是遵守了单一职责原则。只有类中的方法足够少的时候才可以在方法上保持单一职责原则。
 */
class Vehicle2 {
    public void runRoad (String Vehicle) {
        System.out.println("方案3: " + Vehicle + "在公路上运行....");
    }
    public void runAir (String Vehicle) {
        System.out.println("方案3: " + Vehicle + "在天空运行....");
    }
    public void runWater (String Vehicle) {
        System.out.println("方案3: " + Vehicle + "在水中运行....");
    }
}

注意事项和细节

• 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，一个接口的修改只对相应的实现类产生影响，对其他接口没有影响。
• 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

基本介绍

　　接口隔离原则(InterfaceSegregationPrinciple)：客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

应用实例

　　说明：类B和类D实现了接口Interface1，并且实现了接口中的所有方法，类A通过接口Interface1依赖（使用） 类B使用到了其中的1， 2， 3方法，类C通过接口依赖类D，但是只用到了其中的1，4，5方法。这样一来，类B实现的4，5方法和类D实现的2，3 方法就没有被使用到，此时就造成了浪费，这样就违背了接口隔离的原则。

• 上述类图，代码实现

public class Segregation {

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

class B implements Interface1 {
    @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");
    }
    @Override
    public void operation4() {
        System.out.println("B 实现了 operation4");
    }
    @Override
    public void operation5() {
        System.out.println("B 实现了 operation5");
    }
}
class D implements Interface1 {
    @Override
    public void operation1() {
        System.out.println("D 实现了 operation1");
    }
    @Override
    public void operation2() {
        System.out.println("D 实现了 operation2");
    }
    @Override
    public void operation3() {
        System.out.println("D 实现了 operation3");
    }
    @Override
    public void operation4() {
        System.out.println("D 实现了 operation4");
    }
    @Override
    public void operation5() {
        System.out.println("D 实现了 operation5");
    }
}
// A 类通过接口 Interface1 依赖(使用) B 但是只是用到 1 2 3 这三个方法
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 但是只是用到 1 4 5 这三个方法
class C {
    public void depend1(Interface1 i) {
        i.operation1();
    }
    public void depend4(Interface1 i) {
        i.operation4();
    }
    public void depend5(Interface1 i) {
        i.operation5();
    }
}

使用接口隔离原则改进

• 类A通过接口依赖类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。
• 将接口Interface1拆分为独立的几个接口，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。
• 接口Interface1中出现的方法，根据实际情况拆分为三个接口。

• 改进后的代码实现

public class Segregation {
    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()); // B 类通过接口依赖 D 类
        c.depend4(new D());
        c.depend5(new D());
    }
}
// 接口
interface Interface1 {
    void operation1();
}

interface Interface2 {
    void operation2();
    void operation3();
}

interface 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 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");
    }
}
// A 类通过接口 Interface1, Interface2 依赖(使用) B 但是只是用到 1 2 3 这三个方法
class A {
    public void depend1(Interface1 i) {
        i.operation1();
    }
    public void depend2(Interface2 i) {
        i.operation2();
    }
    public void depend3(Interface2 i) {
        i.operation2();
    }
}
// C 类通过接口 Interface1, Interface3 依赖(使用) D 但是只是用到 1 4 5 这三个方法
class C {
    public void depend1(Interface1 i) {
        i.operation1();
    }
    public void depend4(Interface3 i) {
        i.operation4();
    }
    public void depend5(Interface3 i) {
        i.operation5();
    }
}

接口隔离原则的使用原则

　　根据接口隔离原则拆分接口时，首先必须满足单一职责原则；接口需要高内聚，提高接口，类和模块的处理能力，减少对外的交互；定制服务，单独为一个个体提供优良服务(只提供访问者需要的方法)；接口设计要有限度，接口设计的太小，容易造成开发难度增加或者可维护性降低。

接口隔离原则总结

　　建立单一的接口，为各个类建立专用的接口。单一职责注重的是职责，接口隔离原则注重对接口依赖的隔离；单一职责主要约束类，其次才是接口和方法，而接口隔离原则主要约束接口，针对抽象，针对程序整体框架的构。

依赖倒转原则

基本介绍

　　依赖倒转原则(DependenceInversionPrinciple)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。

应用实例

public class DependencyInversion {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.receive(new Email());
    }
}
// 完成 Person 接收消息的功能

class Email {
    public String getInfo () {
        return "电子邮件信息: hello";
    }
}
// 方式 1 简单，容易想到
// 如果我们是从微信，短信等获取消息等，则需要新增类，同时 Person 也要增加相应的接收方法
// 解决思路：引入一个抽象接口 IReceiver 表示接受者，Person 与接口发生依赖
// 因为微信，Email 等都属于接受者的范围，他们各自实现 IReceiver 接口即可，这样就符合依赖倒转原则
class Person {
    public void receive (Email email) {
        System.out.println(email.getInfo());
    }
}

• 使用依赖倒转原则来编写

public class DependecyInversion {
    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());
    }
}
// 定义一个接口
interface IReceiver {
    public String getInfo();
}

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

// 增加微信
class WeiXin implements IReceiver {
    @Override
    public String getInfo() {
        return "微信消息: hello";
    }
}
// 方式 2
class Person {
    public void receive (IReceiver receiver) {
        System.out.println(receiver.getInfo());
    }
}

　　依赖倒置通过抽象(接口或抽象类)使各个类或模块的独立，实现模块间的松耦合；面向接口编程可以使得当需求变化的时候，程序改动的工作量不至于太大。

依赖关系传递的三种方式和应用案例

• 接口传递

public class DependencyInversion {
    public static void main(String[] args) {
        XiaoMiTV xiaoMiTV = new XiaoMiTV();
        OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
        openAndClose.setTv(xiaoMiTV);
        openAndClose.open();
    }
}

// 通过构造方法实现依赖传递
interface IOpenAndClose {
    public void open(); // 抽象方法
    public void setTv(ITV tv);
}
interface ITV { // ITV 接口
    public void play();
}
class XiaoMiTV implements ITV {
    @Override
    public void play() {
        System.out.println("打开小米电视....");
    }
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    public ITV tv; // 成员
    @Override
    public void open() {
        this.tv.play();
    }
    // 实例化 OpenAndClose 的实例时候，调用 setTv 方法
    @Override
    public void setTv(ITV tv) {
        this.tv = tv;
    }
}

• 构造方法传递

public class DependencyInversion {
    public static void main(String[] args) {
        XiaoMiTV xiaoMiTV = new XiaoMiTV();
        OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose(xiaoMiTV);
        openAndClose.open();
    }
}

// 通过构造方法实现依赖传递
interface IOpenAndClose {
    public void open(); // 抽象方法
}
interface ITV { // ITV 接口
    public void play();
}
class XiaoMiTV implements ITV {
    @Override
    public void play() {
        System.out.println("打开小米电视....");
    }
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    public ITV tv; // 成员
    public OpenAndClose(ITV tv) { // 构造器
        this.tv = tv;
    }
    @Override
    public void open() {
        this.tv.play();
    }
}

• setter 方式传递

// 通过构造方法实现依赖传递
interface IOpenAndClose {
    public void open(); // 抽象方法
    public void setTv(ITV tv);
}
interface ITV { // ITV 接口
    public void play();
}
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    public ITV tv; // 成员
    @Override
    public void open() {
        this.tv.play();
    }
    // 实例化 OpenAndClose 的实例时候，调用 setTv 方法
    @Override
    public void setTv(ITV tv) {
        this.tv = tv;
    }
}

依赖倒转原则的注意事项和细节

• 低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。
• 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（如果我们有一个对象obj，如果是直接指向了对象的实例，也就是直接引入到实例的内存地址，直接指向了这个空间，中间没有缓冲层，将来如果对这个类进行功能的扩展几乎是不可能的。）（A继承了B，B是一个抽象类。现在可以使用B obj = new A()，obj从引用类型来讲跟B是关联起来的，如果A类需要扩展功能，我们可以在B类添加一个方法，那么A类就可以拥有这个方法）。
• 继承时遵循里氏替换原则。