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[开发测试]设计模式(一) —— 七大原则

设计模式七大原则

简介

设计模式的原则，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
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. 单一职责原则

基本介绍

定义：不要存在多于一个导致类变更的原因。通俗的说，即一个类只负责一项职责，应该仅有一个引起它变化的原因

解释

? 说到单一职责原则，很多人都会不屑一顾。因为它太简单了。稍有经验的程序员即使从来没有读过设计模式、从来没有听说过单一职责原则，在设计软件时也会自觉的遵守这一重要原则，因为这是常识。在软件编程中，谁也不希望因为修改了一个功能导致其他的功能发生故障。而避免出现这一问题的方法便是遵循单一职责原则。虽然单一职责原则如此简单，并且被认为是常识，但是即便是经验丰富的程序员写出的程序，也会有违背这一原则的代码存在。为什么会出现这种现象呢？因为有职责扩散。所谓职责扩散，就是因为某种原因，职责P被分化为粒度更细的职责P1和P2。

遵循单一职责原的优点有：
1.可以降低类的复杂度，一个类只负责一项职责，其逻辑肯定要比负责多项职责简单的多；

2.提高类的可读性，提高系统的可维护性；

3.变更引起的风险降低，变更是必然的，如果单一职责原则遵守的好，当修改一个功能时，可以显著降低对其他功能的影响。

需要说明的一点是单一职责原则不只是面向对象编程思想所特有的，只要是模块化的程序设计，都需要遵循这一重要原则。

原文链接：https://blog.csdn.net/u011288271/article/details/52497602

单一职则原则注意事项和细节

降低类的复杂性，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，我们应当准守单一职责原则，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

2. 接口隔离原则

基本介绍

客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一类的依赖应该建立在最小的接口上。

解释

接口隔离原则的含义是：建立单一接口，不要建立庞大臃肿的接口，尽量细化接口，接口中的方法尽量少。也就是说，我们要为各个类建立专用的接口，而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。在程序设计中，依赖几个专用的接口要比依赖一个综合的接口更灵活。接口是设计时对外部设定的“契约”，通过分散定义多个接口，可以预防外来变更的扩散，提高系统的灵活性和可维护性。

? 说到这里，很多人会觉的接口隔离原则跟单一职责原则很相似，其实不然。其一，单一职责原则原注重的是职责；而接口隔离原则注重对接口依赖的隔离。其二，单一职责原则主要是约束类，其次才是接口和方法，它针对的是程序中的实现和细节；而接口隔离原则主要约束接口接口，主要针对抽象，针对程序整体框架的构建。

采用接口隔离原则对接口进行约束时，要注意以下几点：

接口尽量小，但是要有限度。对接口进行细化可以提高程序设计灵活性是不挣的事实，但是如果过小，则会造成接口数量过多，使设计复杂化。所以一定要适度。
为依赖接口的类定制服务，只暴露给调用的类它需要的方法，它不需要的方法则隐藏起来。只有专注地为一个模块提供定制服务，才能建立最小的依赖关系。
提高内聚，减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

运用接口隔离原则，一定要适度，接口设计的过大或过小都不好。设计接口的时候，只有多花些时间去思考和筹划，才能准确地实践这一原则。

原文链接：https://blog.csdn.net/u011288271/article/details/52497602

对传统方法的问题和使用接口隔离原则改进

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

将接口interface查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，根据实际情况拆分成三个接口，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

3. 依赖倒转原则

基本介绍

依赖倒转原则

高层模块不应该依赖低层模块，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原理：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指定好规范，而不涉及任何具体的操作，把展现细节的额外任务交给他们的实现类去完成。

解释

? 依赖倒转其实就是谁也不要依靠谁，除了约定的接口，大家都可以灵活自如。依赖倒转可以说是面向对象设计的标志，用哪种语言来编写程序不重要，如果编写时考虑的都是如何针对抽象编程而不是针对细节编程，即程序中所有的依赖关系都是终止于抽象类或者接口，那就是面向对象的设计，反之那就是过程化的设计了。如果设计的各个部件或类相互依赖，这样就是耦合度高，难以维护和扩展，这也就体现不出面向对象的好处了。

? 依赖倒转原则，好比一个团队，有需求组，开发组，测试组，开发组和测试组都是面对同样的需求后，做自己相应的工作，而不应该是测试组按照开发组理解的需求去做测试用例，也就是说开发组和测试组都是直接面向需求组工作，大家的目的是一样的，保证产品按时上线，需求是不依赖于开发和测试的。

? 依赖倒置原则基于这样一个事实：相对于细节的多变性，抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建起来的架构比以细节为基础搭建起来的架构要稳定的多。在java中，抽象指的是接口或者抽象类，细节就是具体的实现类，使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约，而不去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。

? 依赖倒置原则的中心思想是面向接口编程，传递依赖关系有三种方式，以上的说的是是接口传递，另外还有两种传递方式：构造方法传递和setter方法传递，相信用过Spring框架的，对依赖的传递方式一定不会陌生。
在实际编程中，我们一般需要做到如下3点。

低层模块尽量都要有抽象类或接口，或者两者都有
变量的声明类型尽量是抽象类或接口。
使用继承时遵循里氏替换原则。

总之，依赖倒置原则就是要我们面向接口编程，理解了面向接口编程，也就理解了依赖倒置。

原文链接：https://blog.csdn.net/u011288271/article/details/52497602

实现的三种方式

方式一：接口传递实现依赖

interface IOpenAndClose {
     void open(ITV itv);

}

interface ITV {
    void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    @Override
    public void open(ITV itv) {
        itv.play();
    }
}

class ChangHong implements ITV {
    @Override
    public void play() {
        System.out.println("开启长虹电视机");
    }
}

方式二：构造方法依赖传递

interface ITV {
    void play();
}

interface IOpenAndClose {
    void open();
}

class ChangHong implements ITV {

    @Override
    public void play() {
        System.out.println("开启长虹电视机");
    }
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    private ITV tv;

     public OpenAndClose (ITV tv) {
         this.tv = tv;
     }

    @Override
    public void open() {
        tv.play();
    }
}

方式三：setter方法传递

interface ITV {
    void play();
}

interface IOpenAndClose {
    void open();
}

class ChangHong implements ITV {

    @Override
    public void play() {
        System.out.println("开启长虹电视机");
    }
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    private ITV tv;

    public void setTv(ITV tv) {
        this.tv = tv;
    }
    @Override
    public void open() {
        tv.play();
    }
}

1)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.

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，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和优化

3)继承时遵循里氏替换原则

4.里氏替换原则

OO中的继承性的思考和说明

继承包含这样一层含义:父类中凡是已经实现好的方法，实际上是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵循这些契约，但是如果子类对这些已经实现的方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。

2)继承在给程序设计带来便利的同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性,程序的可移植性降低,增加对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承，则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障

3)问题提出:在编程中，如何正确的使用继承? => 里氏替换原则

基本介绍

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

2)如果对每个类型为T1的对象ol，都有类型为T2的对象o2，使得以T1定义的所有程序Р在所有的对象o1都代换成o2时，程序Р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，遵循里氏替换原则，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。

解释

? 描述：一个软件实体如果使用的是一个父类的话，那么一定适用于其子类，而且它察觉不出父类对象和子类对象的区别，也就是说，在软件里面，把父类都替换成它的子类，程序的行为没有变化

? 例子：在生物学分类上，企鹅是一种鸟，但在编程世界里，企鹅却不能继承鸟。在面向对象设计时，子类拥有父类所有非private的行为和属性，鸟会飞，但企鹅不会飞，所以企鹅不能继承鸟类。

? 只有当子类可以替换掉父类，软件单位的功能不受影响时，父类才能真正被复用，而子类也能够在父类的基础上增加新的行为，正是有里氏代换原则，使得继承复用成为了可能。正是由于子类型的可替换性才使得使用父类类型的模块在无需修改的情况下就可以扩展，不然还谈什么扩展开放，修改关闭呢

里氏替换原则通俗的来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。它包含以下4层含义：

1.子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。

2.子类中可以增加自己特有的方法。

3.当子类的方法重载父类的方法时，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。

4.当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格。

? 上去很不可思议，因为我们会发现在自己编程中常常会违反里氏替换原则，程序照样跑的好好的。所以大家都会产生这样的疑问，假如我非要不遵循里氏替换原则会有什么后果？
后果就是：你写的代码出问题的几率将会大大增加。

原文链接：https://blog.csdn.net/u011288271/article/details/52497602

解决方法

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比较差。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.

3)改进方案

5.开闭原则

基本介绍

1)开闭原则（Open Closed Principle）是编程中最基础、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(对提供方)。对修改关闭（对使用方）。用抽象构建框架，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)编程中遵循其它原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。

解释

? 开放-封闭原则的意思就是说，你设计的时候，时刻要考虑，尽量让这个类是足够好，写好了就不要去修改了，如果新需求来，我们增加一些类就完事了，原来的代码能不动则不动。这个原则有两个特性，一个是说“对于扩展是开放的”，另一个是说“对于更改是封闭的”。面对需求，对程序的改动是通过增加新代码进行的，而不是更改现有的代码。这就是“开放-封闭原则”的精神所在

? 绝对的修改关闭是不可能的，无论模块是多么的‘封闭‘，都会存在一些无法对之封闭的变化，既然不可能完全封闭，设计人员必须对于他设计的模块应该对哪种变化封闭做出选择。他必须先猜测出最有可能发生的变化种类，然后构造抽象来隔离那些变化。在我们最初编写代码时，假设变化不会发生，当变化发生时，我们就创建抽象来隔离以后发生同类的变化。

? 我们希望的是在开发工作展开不久就知道可能发生的变化，查明可能发生的变化所等待的时候越长，要创建正确的抽象就越困难。开放-封闭原则是面向对象设计的核心所在，遵循这个原则可以带来面向对象技术所声称的巨大好处，也就是可维护、可扩展、可复用、灵活性好。开发人员应该仅对程序中呈现出现频繁变化的那些部分做出抽象，然而对于应用程序中的每个部分都刻意地进行抽象同样不是一个好主意，拒绝不成熟的抽象和抽象本身一样重要。开放-封闭原则，可以保证以前代码的正确性，因为没有修改以前代码，所以可以保证开发人员专注于将设计放在新扩展的代码上。

原文链接：https://blog.csdn.net/u011288271/article/details/52497602

案例

1)违反了设计模式的ocp 原则，即对扩展开放(提供方)，对修改关闭(使用方)。即当我们给类增加新功能的时候，尽量不修改代码，或者尽可能少修改代码.

2)比如我们这时要新增加一个图形种类三角形，我们需要做如下修改，修改的地方较多

package com.atguigu.principle.ocp;

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);
	}

	//绘制矩形
	public void drawRectangle(Shape r) {
		System.out.println(" 绘制矩形 ");
	}

	//绘制圆形
	public void drawCircle(Shape r) {
		System.out.println(" 绘制圆形 ");
	}
	
	//绘制三角形
	public void drawTriangle(Shape r) {
		System.out.println(" 绘制三角形 ");
	}
}

//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;
	}
}

//新增画三角形
class Triangle extends Shape {
	Triangle() {
		super.m_type = 3;
	}
}

改进

把创建Shape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 -> 满足了开闭原则

package com.atguigu.principle.ocp.improve;

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());
		graphicEditor.drawShape(new OtherGraphic());
	}

}

//这是一个用于绘图的类 [使用方]
class GraphicEditor {
	//接收Shape对象，调用draw方法
	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() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 绘制矩形 ");
	}
}

class Circle extends Shape {
	Circle() {
		super.m_type = 2;
	}
	@Override
	public void draw() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 绘制圆形 ");
	}
}

//新增画三角形
class Triangle extends Shape {
	Triangle() {
		super.m_type = 3;
	}
	@Override
	public void draw() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 绘制三角形 ");
	}
}

//新增一个图形
class OtherGraphic extends Shape {
	OtherGraphic() {
		super.m_type = 4;
	}

	@Override
	public void draw() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 绘制其它图形 ");
	}
}

6. 迪米特法则

基本介绍

1)一个对象应该对其他对象保持最少的了解

2)类与类关系越密切，耦合度越大

3)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。对外除了提供的public 方法，不对外泄露任何信息。

4)迪米特法则还有个更简单的定义：只与直接的朋友通信

5)直接的朋友：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

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//客户端
public class Demeter1 {

	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.printAllEmployee(new CollegeManager());

	}

}


//学校总部员工类
class Employee {
	private String id;

	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}

	public String getId() {
		return id;
	}
}


//学院的员工类
class CollegeEmployee {
	private String id;

	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}

	public String getId() {
		return id;
	}
}


//管理学院员工的管理类
class CollegeManager {
	//返回学院的所有员工
	public List<CollegeEmployee> getAllEmployee() {
		List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();
		for (int i = 0; i < 10; i++) { //这里我们增加了10个员工到 list
			CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
			emp.setId("学院员工id= " + i);
			list.add(emp);
		}
		return list;
	}
}

//学校管理类

//分析 SchoolManager 类的直接朋友类有哪些 Employee、CollegeManager
//CollegeEmployee 不是 直接朋友 而是一个陌生类，这样违背了 迪米特法则 
class SchoolManager {
	//返回学校总部的员工
	public List<Employee> getAllEmployee() {
		List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
		
		for (int i = 0; i < 5; i++) { //这里我们增加了5个员工到 list
			Employee emp = new Employee();
			emp.setId("学校总部员工id= " + i);
			list.add(emp);
		}
		return list;
	}

	//该方法完成输出学校总部和学院员工信息(id)
	void printAllEmployee(CollegeManager sub) {
		
		//分析问题
		//1. 这里的 CollegeEmployee 不是  SchoolManager的直接朋友
		//2. CollegeEmployee 是以局部变量方式出现在 SchoolManager
		//3. 违反了 迪米特法则 
		
		//获取到学院员工
		List<CollegeEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
		System.out.println("------------学院员工------------");
		for (CollegeEmployee e : list1) {
			System.out.println(e.getId());
		}
		//获取到学校总部员工
		List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
		System.out.println("------------学校总部员工------------");
		for (Employee e : list2) {
			System.out.println(e.getId());
		}
	}
}

1)前面设计的问题在于SchoolManager中，CollegeEmployee类并不是 SchoolManager类的直接朋友 (分析)

2)按照迪米特法则，应该避免类中出现这样非直接朋友关系的耦合

对代码按照迪米特法则进行改进.

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//客户端
public class Demeter1 {

	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.printAllEmployee(new CollegeManager());

	}

}


//学校总部员工类
class Employee {
	private String id;

	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}

	public String getId() {
		return id;
	}
}


//学院的员工类
class CollegeEmployee {
	private String id;

	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}

	public String getId() {
		return id;
	}
}


//管理学院员工的管理类
class CollegeManager {
	//返回学院的所有员工
	public List<CollegeEmployee> getAllEmployee() {
		List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();
		for (int i = 0; i < 10; i++) { //这里我们增加了10个员工到 list
			CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
			emp.setId("学院员工id= " + i);
			list.add(emp);
		}
		return list;
	}
	
	//输出学院员工的信息
	public void printEmployee() {
		//获取到学院员工
		List<CollegeEmployee> list1 = getAllEmployee();
		System.out.println("------------学院员工------------");
		for (CollegeEmployee e : list1) {
			System.out.println(e.getId());
		}
	}
}

//学校管理类

//分析 SchoolManager 类的直接朋友类有哪些 Employee、CollegeManager
//CollegeEmployee 不是 直接朋友 而是一个陌生类，这样违背了 迪米特法则 
class SchoolManager {
	//返回学校总部的员工
	public List<Employee> getAllEmployee() {
		List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
		
		for (int i = 0; i < 5; i++) { //这里我们增加了5个员工到 list
			Employee emp = new Employee();
			emp.setId("学校总部员工id= " + i);
			list.add(emp);
		}
		return list;
	}

	//该方法完成输出学校总部和学院员工信息(id)
	void printAllEmployee(CollegeManager sub) {
		
		//分析问题
		//1. 将输出学院的员工方法，封装到CollegeManager
		sub.printEmployee();
	
		//获取到学校总部员工
		List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
		System.out.println("------------学校总部员工------------");
		for (Employee e : list2) {
			System.out.println(e.getId());
		}
	}
}