文章目录
- Java设计模式七大原则详解
- 一 单一职责原则
- 二 接口隔离原则
- 三 依赖倒转原则
- 四 里氏替换原则
- 五 开闭原则
- 六 迪米特法则
- 七 合成复用原则
Java设计模式七大原则详解
一 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 - 案例
以交通工具的用途为例
(1)方式一:
public class SingleResponsibility1 {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Vehicle vehicle = new Vehicle();
vehicle.run("摩托车");
vehicle.run("汽车");
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,根据交通工具的不同对应不同的方法
class Vehicle {
public void run(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");
}
}
(2)使用单一职责原则改进
public class SingleResponsibility3 {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Vehicle2 vehicle2 = new Vehicle2();
vehicle2.run("汽车");
vehicle2.runWater("轮船");
vehicle2.runAir("飞机");
}
}
//方式 2 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
class Vehicle2 {
public void run(String vehicle) {
//处理
System.out.println(vehicle + " 在公路上运行....");
}
public void runAir(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在天空上运行....");
}
public void runWater(String vehicle) {
System.out.println(vehicle + " 在水中行....");
}
}
- 单一职责原则注意事项
(1)降低类的复杂度,一个类只负责一项职责
(2)提高类的可读性和可维护性
(3)降低变更引起的风险
(4)通常情况下,我们要遵守单一职责原则,只有逻辑足够简单,才可以不遵守;另外只有类中方法数量足够少时,可以在方法级别保持单职责原则。
二 接口隔离原则
- 基本介绍
(1)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。
(2)图
说明:
类A通过接口依赖类B,类C通过接口依赖类D,如果接口对于类A和类C来说不是最小接口,那么类B和类D必须区实现他们不需要的方法。
(3)按隔离原则应当将接口拆分为独立的几个接口,这里我们拆分成3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。 - 案例
编写上图的案例
(1)未实现接口隔离原则
接口对于类A和类C来说不是最小接口,那么类B和类D必须区实现他们不需要的方法
public class Segregation1 {
public static void main(String[] args) {
// 使用一把
A a = new A();
a.depend1(new B()); // A 类通过接口去依赖 B 类
a.depend2(new B());
a.depend3(new B());
C c = new C();
c.depend1(new D()); // C 类通过接口去依赖(使用)D 类
c.depend4(new D());
c.depend5(new D());
}
}
}
//接口
interface Interface1 {
void operation1();
void operation2();
void operation3();
void operation4();
void operation5();
}
class B implements Interface1 {
public void operation1() {
System.out.println("B 实现了 operation1");
}
public void operation2() {
System.out.println("B 实现了 operation2");
}
public void operation3() {
System.out.println("B 实现了 operation3");
}
public void operation4() {
System.out.println("B 实现了 operation4");
}
public void operation5() {
System.out.println("B 实现了 operation5");
}
}
class D implements Interface1 {
public void operation1() {
System.out.println("D 实现了 operation1");
}
public void operation2() {
System.out.println("D 实现了 operation2");
}
public void operation3() {
System.out.println("D 实现了 operation3");
}
public void operation4() {
System.out.println("D 实现了 operation4");
}
public void operation5() {
System.out.println("D 实现了 operation5");
}
}
class A {
//A 类通过接口 Interface1 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(Interface1 i) {
i.operation2();
}
public void depend3(Interface1 i) {
i.operation3();
}
}
class C {
//C 类通过接口 Interface1 依赖(使用) D 类,但是只会用到 1,4,5 方法
public void depend1(Interface1 i) {
i.operation1();
}
public void depend4(Interface1 i) {
i.operation4();
}
public void depend5(Interface1 i) {
i.operation5();
}
}
(2)使用接口隔离原则改进
public class Segregation1 {
public static void main(String[] args) {
// 使用一把
A a = new A();
a.depend1(new B()); // A 类通过接口去依赖 B 类
a.depend2(new B());
a.depend3(new B());
C c = new C();
c.depend1(new D()); // C 类通过接口去依赖(使用)D 类
c.depend4(new D());
c.depend5(new D());
}
}
// 接口 1
interface Interface1 {
void operation1();
}
// 接口 2
interface Interface2 {
void operation2();
void operation3();
}
// 接口 3
interface Interface3 {
void operation4();
void operation5();
}
class B implements Interface1, Interface2 {
public void operation1() {
System.out.println("B 实现了 operation1");
}
public void operation2() {
System.out.println("B 实现了 operation2");
}
public void operation3() {
System.out.println("B 实现了 operation3");
}
}
class D implements Interface1, Interface3 {
public void operation1() {
System.out.println("D 实现了 operation1");
}
public void operation4() {
System.out.println("D 实现了 operation4");
}
public void operation5() {
System.out.println("D 实现了 operation5");
}
}
class A { // A 类通过接口 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 C { // C 类通过接口 Interface1,Interface3 依赖(使用) D 类,但是只会用到 1,4,5 方法
public void depend1(Interface1 i) {
i.operation1();
}
public void depend4(Interface3 i) {
i.operation4();
}
public void depend5(Interface3 i) {
i.operation5();
}
}
三 依赖倒转原则
- 基本介绍
依赖倒转原则是指:
(1)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时面向接口编程
(4)依赖倒转的设计理念是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,抽象指的是接口和抽象类,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
编程完成Person接受消息的功能
(1)未使用依赖倒转原则
public class DependecyInversion {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.receive(new Email());
}
}
class Email {
public String getInfo() {
return "电子邮件信息: hello,world";
}
}
//完成 Person 接收消息的功能
//方式 1 分析
//1. 简单,比较容易想到
//2. 如果我们获取的对象是 微信,短信等等,则新增类,同时 Perons 也要增加相应的接收方法
//3. 解决思路:引入一个抽象的接口 IReceiver, 表示接收者, 这样 Person 类与接口 IReceiver 发生依赖
// 因为 Email, WeiXin 等等属于接收的范围,他们各自实现 IReceiver 接口就 ok, 这样我们就符号依赖倒转原则
class Person {
public void receive(Email email ) {
System.out.println(email.getInfo());
}
}
(2)使用依赖倒转原则
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());
}
}
//定义接口
interface IReceiver {
public String getInfo();
}
class Email implements IReceiver {
public String getInfo() {
return "电子邮件信息: hello,world";
}
}
//增加微信
class WeiXin implements IReceiver {
public String getInfo() {
return "微信信息: hello,ok";
}
}
//方式 2
class Person {
//这里我们是对接口的依赖
public void receive(IReceiver receiver ) {
System.out.println(receiver.getInfo());
}
}
- 依赖关系传递的三种方式和应用案例
(1)三种方式
接口传递、构造方法传递、setter方法传递
(2)应用案例
public class DependencyPass {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
//通过接口传递
ChangHong changHong = new ChangHong();
// OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
// openAndClose.open(changHong);
//通过构造器进行依赖传递
// OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose(changHong);
// openAndClose.open();
//通过 setter 方法进行依赖传递
OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
openAndClose.setTv(changHong);
openAndClose.open();
}
}
// 方式 1: 通过接口传递实现依赖
// 开关的接口
// interface IOpenAndClose {
// public void open(ITV tv); //抽象方法,接收接口
// }
//
// 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");
// }
//
// }
实现接口
// class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
// public void open(ITV tv){
// tv.play();
// }
// }
// 方式 2: 通过构造方法依赖传递
// interface IOpenAndClose {
// public void open(); //抽象方法
// }
// interface ITV { //ITV 接口
// public void play();
// }
// class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
// public ITV tv; //成员
// public OpenAndClose(ITV tv){ //构造器
// this.tv = tv;
// }
// public void open(){
// this.tv.play();
// }
// }
// 方式 3 , 通过 setter 方法传递
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 {
private ITV tv;
public void setTv(ITV tv) {
this.tv = tv;
}
public void open() {
this.tv.play();
}
}
class ChangHong implements ITV {
@Override
public void play() {
System.out.println("长虹电视机,打开");
}
}
- 依赖倒转原则的注意事项
(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
四 里氏替换原则
- 基本介绍
(1)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都替换成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的使用其子类的对象。
(2)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
(3)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
public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
A a = new A();
System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));
System.out.println("-----------------------");
B b = new B();
System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3));//这里本意是求出 11-3
System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));// 1-8
System.out.println("11+3+9=" + 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
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
public int func2(int a, int b) {
return func1(a, b) + 9;
}
}
(1)通过运行,我们发行出错了,原因就是类B重写了父类的方法,造成原有功能出现错误,在实际编程中,我们常常会重写父类的方法来完成新的功能,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)解决方案:
通用的做法是把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,聚合和组合等关系替代。
(3)改进方案
public class Liskov {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
A a = new A();
System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));
System.out.println("-----------------------");
B b = new B();
//因为 B 类不再继承 A 类,因此调用者,不会再 func1 是求减法
//调用完成的功能就会很明确
System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));//这里本意是求出 11+3
System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));// 1+8
System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
//使用组合仍然可以使用到 A 类相关方法
System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));// 这里本意是求出 11-3
}
}
//创建一个更加基础的基类
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 Base
// 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 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,但已经和A没关系了
public int func1(int a, int b) {
return a + b;
}
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);
}
}
五 开闭原则
- 基本介绍
(1)一个软件实体如类,模块含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。
(2)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。
(3)编程中遵循其他原则一级使用设计模式的目的就是遵守开闭原则。 - 看下面一段代码
(1)类图
(2)代码演示
① 未使用开闭原则
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;
}
}
说明:
(1)优点是操作简单,容易理解
(2)违反了ocp原则,即当我们给类增加新功能的时候尽量不要修改代码或少修改代码。
(3)比如增加一个三角形修改代码的地方较多。
② 使用开闭原则改进
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 ");
}
}
六 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,对于被依赖的列不管多么复杂,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。
(4)迪米特法则只与直接的朋友通信。
(5)直接的朋友:每个对象都会和其他对象有耦合关系,这两个对象之间就是朋友关系。耦合的方式有很多,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。 - 应用实例
有一个学校,下属有各个学院和总部,现要求打印出学校总部员工 ID 和学院员工的 id
未使用迪米特法则
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());
}
}
}
使用迪米特法则改进
以上设计的问题在于schoolManage中,CollegeEmployee类并不是SchoolManage的直接朋友
//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());
}
}
}
- 迪米特法则注意事项
(1)迪米特法则的核心是降低类之间的耦合
(2)每个类对减少了不必要的依赖,因此迪米特法则只是要求降低类间耦合关系并不是要求完全没有依赖关系。
七 合成复用原则
- 基本介绍
原则上是尽量使用合成/聚合的方式,而不是使用继承