文章目录
- 软件设计原则
- 1. 开闭原则
- 2. 里氏代换原则
- 3. 依赖倒转原则
- 4. 接口隔离原则
- 5. 迪米特法则
- 6. 合成复用原则
软件设计原则
1. 开闭原则
对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。
想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类。
因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。
下面以 搜狗输入法 的皮肤为例介绍开闭原则的应用。
【例】搜狗输入法 的皮肤设计。
分析：搜狗输入法 的皮肤是输入法背景图片、窗口颜色和声音等元素的组合。用户可以根据自己的喜爱更换自己的输入法的皮肤，也可以从网上下载新的皮肤。这些皮肤有共同的特点，可以为其定义一个抽象类（AbstractSkin），而每个具体的皮肤（DefaultSpecificSkin和HeimaSpecificSkin）是其子类。用户窗体可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改原代码，所以它是满足开闭原则的。
代码如下：
抽象皮肤类：
package com.itheima.principles.demo1;
public abstract class AbstractSkin {
//显示的方法
public abstract void display();
}默认皮肤类：
package com.itheima.principles.demo1;
public class DefaultSkin extends AbstractSkin {
@Override
public void display() {
System.out.println("默认皮肤");
}
}黑马程序猿皮肤类：
package com.itheima.principles.demo1;
public class HeimaSkin extends AbstractSkin{
@Override
public void display() {
System.out.println("黑马程序员皮肤");
}
}搜狗输入法类：
package com.itheima.principles.demo1;
public class SougouInput {
private AbstractSkin skin;
public void setSkin(AbstractSkin skin) {
this.skin = skin;
}
public void display(){
skin.display();
}
}测试类：
package com.itheima.principles.demo1;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//1.创建搜狗输入法对象
SougouInput input = new SougouInput();
//2.创建默认皮肤对象
//DefaultSkin skin = new DefaultSkin();
HeimaSkin skin = new HeimaSkin();
//3.将皮肤设置到输入法里边
input.setSkin(skin);
//4.显示皮肤
input.display();
}
}若要增加输入法皮肤，不要修改已经创建的类，可以创建一个新的类去继承抽象皮肤的类，遵守开闭原则。
2. 里氏代换原则
任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。**子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。**换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法
【例】正方形不是长方形。
在数学领域里，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，我们开发的一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承自长方形。
代码如下：
长方形类（Rectangle）：
package com.itheima.principles.demo2.before;
public class Rectangle {
private double length;
private double width;
public double getLength() {
return length;
}
public void setLength(double length) {
this.length = length;
}
public double getWidth() {
return width;
}
public void setWidth(double width) {
this.width = width;
}
}正方形（Square）：
由于正方形的长和宽相同，所以在方法setLength和setWidth中，对长度和宽度都需要赋相同值。
package com.itheima.principles.demo2.before;
//继承长方形类
public class Square extends Rectangle{
@Override
public void setLength(double length) {
//长和宽必须保持一致
super.setLength(length);
super.setWidth(length);
}
@Override
public void setWidth(double width) {
super.setWidth(width);
super.setLength(width);
}
}类RectangleDemo是我们的软件系统中的一个组件，它有一个resize方法依赖基类Rectangle，resize方法是RectandleDemo类中的一个方法，用来实现宽度逐渐增长的效果。
package com.itheima.principles.demo2.before;
public class RectangleDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建长方形对象
Rectangle r = new Rectangle();
//设置长和宽
r.setLength(20);
r.setWidth(10);
//调用resize方法进行拓宽
resize(r);
printLengthAndWidth(r);
System.out.println("=====分界线======");
//创建正方形对象
Square s= new Square();
//设置长和宽
s.setLength(10);
//调用resize方法进行拓宽
resize(s);
printLengthAndWidth(s);
}
//拓宽方法
public static void resize(Rectangle rectangle){
//判断宽如果比长小，进行拓宽的操作
while(rectangle.getWidth()<=rectangle.getLength()){
rectangle.setWidth(rectangle.getWidth()+1);
}
}
//打印长和宽
public static void printLengthAndWidth(Rectangle rectangle){
System.out.println(rectangle.getLength());
System.out.println(rectangle.getWidth());
}
}我们运行一下这段代码就会发现，假如我们把一个普通长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度,代码就会停止，这种行为的结果符合我们的预期；假如我们再把一个正方形作为参数传入resize方法后，就会看到正方形的宽度和长度都在不断增长，代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。所以，普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。
我们得出结论：在resize方法中，Rectangle类型的参数是不能被Square类型的参数所代替，如果进行了替换就得不到预期结果。因此，Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏代换原则，它们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形。
如何改进呢？此时我们需要重新设计他们之间的关系。抽象出来一个四边形接口(Quadrilateral)，让Rectangle类和Square类实现Quadrilateral接口
代码如下：
四边形接口类：
package com.itheima.principles.demo2.after;
public interface Quadrilateral {
//获取长
double getLength();
//获取宽
double getWidth();
}正方形类：
package com.itheima.principles.demo2.after;
//实现接口
public class Square implements Quadrilateral{
private double side;
public double getSide() {
return side;
}
public void setSide(double side) {
this.side = side;
}
@Override
public double getLength() {
return side;
}
@Override
public double getWidth() {
return side;
}
}长方形类：
package com.itheima.principles.demo2.after;
public class Rectangle implements Quadrilateral{
private double length;
private double width;
public void setLength(double length) {
this.length = length;
}
public void setWidth(double width) {
this.width = width;
}
@Override
public double getLength() {
return length;
}
@Override
public double getWidth() {
return width;
}
}测试类：
package com.itheima.principles.demo2.after;
public class RectangleDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建长方形对象
Rectangle r = new Rectangle();
r.setLength(20);
r.setLength(10);
//调用方法进行互换操作
resize(r);
printLengthAndWidth(r);
}
//扩宽方法
public static void resize(Rectangle rectangle){
//判断宽如果比长小，进行拓宽的操作
while(rectangle.getWidth()<=rectangle.getLength()){
rectangle.setWidth(rectangle.getWidth()+1);
}
}
//打印长和宽
public static void printLengthAndWidth(Quadrilateral quadrilateral){
System.out.println(quadrilateral.getLength());
System.out.println(quadrilateral.getWidth());
}
}3. 依赖倒转原则
高层模块不应该依赖低层模块，两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。简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。
图解：
【例】组装电脑
现要组装一台电脑，需要配件cpu，硬盘，内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常的运行。选择cpu有很多选择，如Intel，AMD等，硬盘可以选择希捷，西数等，内存条可以选择金士顿，海盗船等。
类图如下：
代码如下：
希捷硬盘类（XiJieHardDisk）:
package com.itheima.principles.demo3.before;
public class XiJieHardDisk {
//存储数据的方法
public void save(String date){
System.out.println("使用希捷硬盘存储数据为："+date);
}
//获取数据的方法
public String get(){
System.out.println("使用希捷希捷硬盘取数据");
return "数据";
}
}Intel处理器（IntelCpu）：
package com.itheima.principles.demo3.before;
public class IntelCpu {
public void run() {
System.out.println("使用Intel处理器");
}
}金士顿内存条（KingstonMemory）：
package com.itheima.principles.demo3.before;
public class KingstonMemory {
public void save(){
System.out.println("使用金士顿内存条");
}
}电脑（Computer）：
package com.itheima.principles.demo3.before;
public class Computer {
private XiJieHardDisk hardDisk;
private IntelCpu cpu;
private KingstonMemory memory;
public XiJieHardDisk getHardDisk() {
return hardDisk;
}
public void setHardDisk(XiJieHardDisk hardDisk) {
this.hardDisk = hardDisk;
}
public IntelCpu getCpu() {
return cpu;
}
public void setCpu(IntelCpu cpu) {
this.cpu = cpu;
}
public KingstonMemory getMemory() {
return memory;
}
public void setMemory(KingstonMemory memory) {
this.memory = memory;
}
public void run(){
System.out.println("运行计算机");
String date=hardDisk.get();
System.out.println("从硬盘上获取的数据是"+date);
cpu.run();
memory.save();
}
}测试类（TestComputer）：
测试类用来组装电脑。
package com.itheima.principles.demo3.before;
public class ComputerDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建组件对象
XiJieHardDisk hardDisk = new XiJieHardDisk();
IntelCpu cpu = new IntelCpu();
KingstonMemory memory = new KingstonMemory();
//创建计算机对象
Computer c=new Computer();
//组装计算机
c.setCpu(cpu);
c.setHardDisk(hardDisk);
c.setMemory(memory);
//运行计算机
c.run();
}
}上面代码可以看到已经组装了一台电脑，但是似乎组装的电脑的cpu只能是Intel的，内存条只能是金士顿的，硬盘只能是希捷的，这对用户肯定是不友好的，用户有了机箱肯定是想按照自己的喜好，选择自己喜欢的配件。
根据依赖倒转原则进行改进：
代码我们只需要修改Computer类，让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖于各个组件具体的实现类。
类图如下：
电脑（Computer）：
package com.itheima.principles.demo3.after;
import sun.plugin2.gluegen.runtime.CPU;
public class Computer {
private HardDisk hardDisk;
private cpu cpu;
private Memory memory;
public HardDisk getHardDisk() {
return hardDisk;
}
public void setHardDisk(HardDisk hardDisk) {
this.hardDisk = hardDisk;
}
public com.itheima.principles.demo3.after.cpu getCpu() {
return cpu;
}
public void setCpu(com.itheima.principles.demo3.after.cpu cpu) {
this.cpu = cpu;
}
public Memory getMemory() {
return memory;
}
public void setMemory(Memory memory) {
this.memory = memory;
}
//运行计算机
public void run(){
System.out.println("运行计算机");
String date=hardDisk.get();
System.out.println("从硬盘上获取的数据是"+date);
cpu.run();
memory.save();
}
}cpu接口：
package com.itheima.principles.demo3.after;
public interface cpu {
//运行cpu
public void run();
}HardDisk接口：
package com.itheima.principles.demo3.after;
public interface HardDisk {
//存储数据方法
public void save(String data);
//获取数据方法
public String get();
}Memory接口：
package com.itheima.principles.demo3.after;
public interface Memory {
public void save();
}若要添加一个新的cpu，则只需要添加一个新的类。
如：
AmdCup类：
package com.itheima.principles.demo3.after;
public class AmdCup implements cpu{
public void run() {
System.out.println("使用AMD处理器");
}
}ComputerDemo类：
package com.itheima.principles.demo3.after;
public class ComputerDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建计算机组件对象
HardDisk hardDisk = new XiJieHardDisk();
cpu cpu = new IntelCpu();
// cpu cpu1 = new AmdCup(); //新添加
Memory memory = new KingstonMemory();
//创建计算机对象
Computer c = new Computer();
//组装计算机
c.setCpu(cpu);
// c.setCpu(cpu1); //新添加
c.setHardDisk(hardDisk);
c.setMemory(memory);
//运行计算机
c.run();
}
}面向对象的开发很好的解决了这个问题，一般情况下抽象的变化概率很小，让用户程序依赖于抽象，实现的细节也依赖于抽象。即使实现细节不断变动，只要抽象不变，客户程序就不需要变化。这大大降低了客户程序与实现细节的耦合度。
4. 接口隔离原则
客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。
图解：
【例】安全门案例
我们需要创建一个黑马品牌的安全门，该安全门具有防火、防水、防盗的功能。可以将防火，防水，防盗功能提取成一个接口，形成一套规范。类图如下：
SafetyDoor接口：
package com.itheima.principles.demo4.before;
public interface SafetyDoor {
//防盗
void antiTheft();
//防火
void fireproof();
//防水
void waterproof();
}HeiMaSafetyDoor类：
package com.itheima.principles.demo4.before;
public class HeiMaSafetyDoor implements SafetyDoor{
@Override
public void antiTheft() {
System.out.println("防盗功能");
}
@Override
public void fireproof() {
System.out.println("防火功能");
}
@Override
public void waterproof() {
System.out.println("防水功能");
}
}测试类：
package com.itheima.principles.demo4.before;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
HeiMaSafetyDoor door = new HeiMaSafetyDoor();
door.antiTheft();
door.fireproof();
door.waterproof();
}
}上面的设计我们发现了它存在的问题，黑马品牌的安全门具有防盗，防水，防火的功能。现在如果我们还需要再创建一个传智品牌的安全门，而该安全门只具有防盗、防水功能呢？很显然如果实现SafetyDoor接口就违背了接口隔离原则，那么我们如何进行修改呢？看如下类图：
代码如下：
AntiTheft接口：
package com.itheima.principles.demo4.after;
public interface AntiTheft {
void antiTheft();
}Fireproof接口：
package com.itheima.principles.demo4.after;
public interface Fireproof {
void fireproof();
}Waterproof接口：
package com.itheima.principles.demo4.after;
public interface Waterproof {
void waterproof();
}HeiMaSafetyDoor类：
package com.itheima.principles.demo4.after;
public class HeiMaSafetyDoor implements AntiTheft,Fireproof,Waterproof{
@Override
public void antiTheft() {
System.out.println("防盗");
}
@Override
public void fireproof() {
System.out.println("防火");
}
@Override
public void waterproof() {
System.out.println("防水");
}
}ItcastSafetyDoor类：
package com.itheima.principles.demo4.after;
public class ItcastSafetyDoor implements AntiTheft,Waterproof{
@Override
public void antiTheft() {
System.out.println("防盗");
}
@Override
public void waterproof() {
System.out.println("防水");
}
}测试类：
package com.itheima.principles.demo4.after;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建黑马安全门对象
HeiMaSafetyDoor door=new HeiMaSafetyDoor();
//调用功能
door.antiTheft();
door.fireproof();
door.waterproof();
System.out.println("======分界线=====");
//传智安全门
ItcastSafetyDoor door1=new ItcastSafetyDoor();
//调用功能
door1.antiTheft();
door1.waterproof();
}
}5. 迪米特法则
迪米特法则又叫最少知识原则。如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。
当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。
图解：
【例】明星与经纪人的关系实例
明星由于全身心投入艺术，所以许多日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝的见面会，和媒体公司的业务洽淡等。这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则。
类图如下：
代码如下：
Company类：
package com.itheima.principles.demo5;
public class Company {
private String name;
public Company(String name){
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
}Fans类：
package com.itheima.principles.demo5;
public class Fans {
private String name;
public Fans(String name){
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
}Star类：
package com.itheima.principles.demo5;
public class Star {
private String name;
public Star(String name){
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
}Agent类：
package com.itheima.principles.demo5;
public class Agent {
private Star star;
private Fans fans;
private Company company;
public void setStar(Star star) {
this.star = star;
}
public void setFans(Fans fans) {
this.fans = fans;
}
public void setCompany(Company company) {
this.company = company;
}
//和粉丝见面的方法
public void meeting(){
System.out.println(star.getName()+"和粉丝"+fans.getName()+"见面");
}
//和公司洽谈的方法
public void business(){
System.out.println(star.getName()+"和"+company.getName()+"洽谈");
}
}测试类：
package com.itheima.principles.demo5;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建经纪人类
Agent agent = new Agent();
//创建明星对象
Star star = new Star("田泓浩");
agent.setStar(star);
//创建粉丝对象
Fans fans = new Fans("汪熙然");
agent.setFans(fans);
//创建公司对象
Company company = new Company("中粮");
agent.setCompany(company);
agent.meeting();//和粉丝见面
agent.business();//和公司洽谈
}
}6. 合成复用原则
尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。
通常类的复用分为继承复用和合成复用两种。
继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也存在以下缺点：
- 继承复用破坏了类的封装性。因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这种复用又称为“白箱”复用。
- 子类与父类的耦合度高。父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，这不利于类的扩展与维护。
- 它限制了复用的灵活性。从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。
采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象中，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下优点：
- 它维持了类的封装性。因为成分对象的内部细节是新对象看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”复用。
- 对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。
- 复用的灵活性高。这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。
【例】汽车分类管理程序
汽车按“动力源”划分可分为汽油汽车、电动汽车等；按“颜色”划分可分为白色汽车、黑色汽车和红色汽车等。如果同时考虑这两种分类，其组合就很多。类图如下：
从上面类图我们可以看到使用继承复用产生了很多子类，如果现在又有新的动力源或者新的颜色的话，就需要再定义新的类。我们试着将继承复用改为聚合复用看一下。
