设计模式——七大原则详解

设计模式
单一职责原则
- 应用实例
- 注意事项和细节
接口隔离原则
- 应用实例
依赖倒转（倒置）原则
- 基本介绍
- 实例代码
- 依赖关系传递的三种方式
- 注意事项和细节
里氏替换原则
- 基本介绍
- 实例代码
开闭原则
- 基本介绍
- 实例代码
迪米特法则
- 基本介绍
- 实例代码
- 注意事项和细节
合成复用原则
- 基本介绍
设计原则的核心思想

设计模式

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（设计模式为什么这么设计的依据）

编写软件的过程中，程序员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软件具有更好的

代码重用性（相同功能的代码，不用多次编写）
可读性（编程规范性，便于其他程序员阅读和理解）
可扩展性（需要增加新的功能时，非常的方便）
可靠性（新增功能后，对原来的功能没有影响）
使程序呈现高内聚低耦合的特性

单一职责原则

对类来说，即一个类应该值负责一项职责，如类A负责两个不同的职责：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

以交通工具为例

未遵循单一职责原则

package 单一职责原则;

/**
 * 创建一个交通工具类测试
 *
 * @author Han
 * @data 2023/10/18
 * @apiNode
 */
public class VehicleTest {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.run("摩托车");
        vehicle.run("三轮车");
        // 运行结果 "飞机在地上运行……" 违反常理
        // 违反单一职责原则
        vehicle.run("飞机");

    }
}
// 交通工具类
class Vehicle{

    public void run(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+"在地上运行……");
    }
}

遵循单一职责原则（这里对类发生了较大的修改，继续优化）

package 单一职责原则;

/**
 * 创建一个交通工具类测试2
 * 将每个类型的交通工具职责分离
 * @author Han
 * @data 2023/10/18
 * @apiNode
 */
public class VehicleTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 陆地类型的交通工具
        RoadVehicle roadvehicle = new RoadVehicle();
        roadvehicle.run("摩托车");
        roadvehicle.run("三轮车");
        // 天空类型的交通工具
        AirVehicle airvehicle = new AirVehicle();
        airvehicle.run("飞机");

    }
}
// 交通工具类(公路)
class RoadVehicle{
    public void run(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+"在地上运行……");
    }
}
// 交通工具类(天上)
class AirVehicle{
    public void run(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+"在地上运行……");
    }
}

第三种优化方式

/**
 * 创建一个交通工具类测试
 *
 * @author Han
 * @data 2023/10/18
 * @apiNode
 */
public class VehicleTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle3 vehicle = new Vehicle3();
        vehicle.runRode("三轮车");
        vehicle.runAir("飞机");

    }
}

// 交通工具类
// 这种修改方法没有对原来的类做较大的修改，知识增加方法
// 这里虽然没有在类上遵循单一职责原则，但是在方法上，仍然是遵守单一职责原则的
class Vehicle3{

    public void runRode(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+"在地上运行……");
    }
    public void runAir(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+"在天上运行……");
    }
}

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
降低变更的风险
通常情况下，我们应当遵守单依职责原则，只有逻辑足够简单，才可以咋代码级违反单一职责原则，只有类中方法数量足够少，可以在方法级别上保持单一职责原则

接口隔离原则

客户端不应该依赖他不需要依赖的接口，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

类A通过接口interface1依赖B ,类C通过接口interface1依赖D，如果接口interface1对于A和C类来说不是最小接口，那么类B和类D必须去实现他们不需要的方法

这种依赖关系的代码为：

package 接口隔离原则;

/**
 * @author Han
 * @data 2023/10/19
 * @apiNode
 */
public interface TestCode {
    public static void main(String[] args) {
        // A通过接口依赖B 但只用到了1 2 3 方法
        A a = new A();
        B b = new B();
        a.useMethod1(b);
        a.useMethod2(b);
        a.useMethod3(b);
        // C通过接口依赖D 但只用到了1 4 5 方法
        C c = new C();
        D d = new D();
        c.useMethod1(d);
        c.useMethod2(d);
        c.useMethod3(d);
    }
}

interface Interface1 {
    void method1();

    void method2();

    void method3();

    void method4();

    void method5();
}

// A通过接口依赖B 但只用到了1 2 3 方法
// 而实现的4 5 方法就白写了
class B implements Interface1 {

    @Override
    public void method1() {
        System.out.println("B类实现了method1");
    }

    @Override
    public void method2() {
        System.out.println("B类实现了method2");

    }

    @Override
    public void method3() {
        System.out.println("B类实现了method3");

    }

    @Override
    public void method4() {
        System.out.println("B类实现了method4");

    }

    @Override
    public void method5() {
        System.out.println("B类实现了method5");

    }
}

// C通过接口依赖D 但只用到了1 4 5 方法
// 2 3 方法就白写了
class D implements Interface1 {

    @Override
    public void method1() {
        System.out.println("D类实现了method1");
    }

    @Override
    public void method2() {
        System.out.println("D类实现了method2");

    }

    @Override
    public void method3() {
        System.out.println("D类实现了method3");

    }

    @Override
    public void method4() {
        System.out.println("D类实现了method4");

    }

    @Override
    public void method5() {
        System.out.println("D类实现了method5");

    }
}

// A类通过接口使用B类
// 使用时,因为B实现了接口，可以根据多态性质传入B类对象，即可使用B类中实现的方法
class A {
    public void useMethod1(Interface1 interface1) {
        interface1.method1();
    }

    public void useMethod2(Interface1 interface1) {
        interface1.method2();
    }

    public void useMethod3(Interface1 interface1) {
        interface1.method3();
    }

    public void useMethod4(Interface1 interface1) {
        interface1.method4();
    }

    public void useMethod5(Interface1 interface1) {
        interface1.method5();
    }
}

// C类通过接口使用D类
// 使用时,因为D实现了接口，可以根据多态性质传入D类对象，即可使用D类中实现的方法
class C {
    public void useMethod1(Interface1 interface1) {
        interface1.method1();
    }

    public void useMethod2(Interface1 interface1) {
        interface1.method2();
    }

    public void useMethod3(Interface1 interface1) {
        interface1.method3();
    }

    public void useMethod4(Interface1 interface1) {
        interface1.method4();
    }

    public void useMethod5(Interface1 interface1) {
        interface1.method5();
    }
}

这种方式会导致B类和C类都会有从不会使用的方法存在，没有遵循接口隔离原则

优化

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简历依赖关系。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去拆分为3个接口

遵循接口隔离原则

package 接口隔离原则;

/**
 * @author Han
 * @data 2023/10/19
 * @apiNode
 */
public interface TestCode2 {
    public static void main(String[] args) {
        // A通过接口依赖B 但只用到了1 2 3 方法
        A a = new A();
        B b = new B();
        a.useMethod1(b);
        a.useMethod2(b);
        a.useMethod3(b);
        // C通过接口依赖D 但只用到了1 4 5 方法
        C c = new C();
        D d = new D();
        c.useMethod1(d);
        c.useMethod4(d);
        c.useMethod5(d);
    }
}
// 拆解接口
// 一个类依赖1 2 3 方法，一个类依赖1 4 5 方法   
/**
 * 1接口定义 1 方法
 * 2接口定义 2 3 方法
 * 3接口定义4 5 方法
 */

interface Interface2 {
    void method1();
}

interface Interface3 {
    void method2();

    void method3();
}

interface Interface4 {
    void method4();

    void method5();
}

// A通过接口依赖B 但只用到了1 2 3 方法
// 就去实现2 3 接口
class B2 implements Interface2, Interface3 {

    @Override
    public void method1() {
        System.out.println("B类实现了method1");
    }

    @Override
    public void method2() {
        System.out.println("B类实现了method2");

    }

    @Override
    public void method3() {
        System.out.println("B类实现了method3");

    }
}

// C通过接口依赖D 但只用到了1 4 5 方法
// 就去实现2 4 接口
class D2 implements Interface2, Interface4 {

    @Override
    public void method1() {
        System.out.println("D类实现了method1");
    }

    @Override
    public void method4() {
        System.out.println("D类实现了method4");

    }

    @Override
    public void method5() {
        System.out.println("D类实现了method5");

    }
}

// A类通过接口使用B类
// 使用时,因为B实现了接口，可以根据多态性质传入B类对象，即可使用B类中实现的方法
// 实现1 2 3 方法
class A2 {
    public void useMethod1(Interface2 interface1) {
        interface1.method1();
    }

    public void useMethod2(Interface3 interface1) {
        interface1.method2();
    }

    public void useMethod3(Interface3 interface1) {
        interface1.method3();
    }

}

// C类通过接口使用D类
// 使用时,因为D实现了接口，可以根据多态性质传入D类对象，即可使用D类中实现的方法
class C2 {
    public void useMethod1(Interface2 interface2) {
        interface2.method1();
    }

    public void useMethod4(Interface4 interface4) {
        interface4.method4();
    }

    public void useMethod5(Interface4 interface4) {
        interface4.method5();
    }
}

依赖倒转（倒置）原则

基本介绍

高层模块不应该依赖底层模块，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框架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
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，把展现的细节的任务交给他们的实现类去完成

实例代码

package 依赖倒转原则;

/**
 * 依赖倒转原则 理解代码
 * 传统方式
 *
 * @author Han
 * @data 2023/10/20
 * @apiNode
 */

// 定义一个接口 规范方法
interface IReceiver {
    String getInfo();
}

/**
 * 这样做的问题在哪里呢？
 *      如果用户Person要的是微信消息，或者qq消息呢 不要email
 *      还需在Person增加响应的方法
 */
public class testCode2 {
    public static void main(String[] args) {
        Person2 person = new Person2();
        person.reverse(new Email1());
        person.reverse(new QQ());
    }
}

// 实现类实现接口中的方法
class Email1 implements IReceiver {

    @Override
    public String getInfo() {
        return "电子邮件发送的信息";

    }
}

class QQ implements IReceiver {
    @Override
    public String getInfo() {
        return "QQ邮件发送的信息";
    }
}

// 在调用类中传入接口的“对象”
// 运行时会因为多态而运行对应实现类的方法
// 这样Person只需要在类中实现一个方法
class Person2 {

    // 可以传入实现了Ireserve接口的实现类对象
    public void reverse(IReceiver rieserve) {
        System.out.println(rieserve.getInfo());
    }

}

优化后

package 依赖倒转原则;

/**
 * 依赖倒转原则 理解代码
 * 传统方式
 *
 * @author Han
 * @data 2023/10/20
 * @apiNode
 */

// 定义一个接口 规范方法
interface IReceiver {
    String getInfo();
}

/**
 * 这样做的问题在哪里呢？
 *      如果用户Person要的是微信消息，或者qq消息呢 不要email
 *      还需在Person增加响应的方法
 */
public class testCode2 {
    public static void main(String[] args) {
        Person2 person = new Person2();
        person.reverse(new Email1());
        person.reverse(new QQ());
    }
}

// 实现类实现接口中的方法
class Email1 implements IReceiver {

    @Override
    public String getInfo() {
        return "电子邮件发送的信息";

    }
}

class QQ implements IReceiver {
    @Override
    public String getInfo() {
        return "QQ邮件发送的信息";
    }
}

// 在调用类中传入接口的“对象”
// 运行时会因为多态而运行对应实现类的方法
// 这样Person只需要在类中实现一个方法
class Person2 {

    // 可以传入实现了Ireserve接口的实现类对象
    public void reverse(IReceiver rieserve) {
        System.out.println(rieserve.getInfo());
    }

}

依赖关系传递的三种方式

接口传递

构造方法传递

setter传递

注意事项和细节

底层模块尽量都要有抽象类和接口，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之间，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和优化
继承时遵循里式替换原则

里氏替换原则

基本介绍

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都代换为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
在使用继承时，遵循里式替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法
里式替换原则告诉我们，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

实例代码

为遵循里式替换原则

package 里氏替换原则;

/**
 * 案例，因为错误的重写父类方法导致程序出现错误
 *
 * @author Han
 * @data 2023/10/20
 * @apiNode
 */
public class testCode1 {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("3 - 2 = " + a.func1(3, 2));

        // 下面出现错误，因为子类不小心错误的重写了父类的方法
        A b = new B();
        System.out.println("3 - 2 = " + b.func1(3, 2));
        B b1 = new B();
        System.out.println("3 - 2 = " + b1.func2(3, 2));
    }
}
class A {
    // 返回两个数的差
    public double func1(int i, int j) {
        return i - j;
    }
}

class B extends A {
    // 重写错误
    @Override
    public double func1(int i, int j) {
        return i + j;
    }

    public double func2(int a, int b) {
        return func1(a, b) + 9;
    }
}

优化后

避免重写父类方法，采用组合的方式优化

package 里氏替换原则;

/**
 * 案例，因为错误的重写父类方法导致程序出现错误
 *
 * @author Han
 * @data 2023/10/20
 * @apiNode
 */
public class testCode2 {
    public static void main(String[] args) {
        A2 a = new A2();
        System.out.println("3 - 2 = " + a.func1(3, 2));
        B2 b1 = new B2();
        System.out.println("3 + 2 + 9 = " + b1.func2(3, 2));
        System.out.println("3 - 2 = " + b1.func3(3, 2));
    }
}

class Base {
    // 这里放更基础的方法
}

class A2 extends Base {
    // 返回两个数的差
    public double func1(int i, int j) {
        return i - j;
    }
}

class B2 extends Base {
   // 组合A2
   A2 a2 =  new A2();

    public double func3(int i, int j) {
        return i - j;
    }

    // 没有重写父类的方法，与A类也没有耦合
    public double func2(int a, int b) {
        // 采用组合的方式替换
        return this.a2.func1(a, b) + 9;
    }
}

开闭原则

基本介绍

开闭原则是编程中最基础，最重要的设计原则
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
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
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

实例代码

现在有一个绘画功能的程序，只能绘画圆形

package 开闭原则;
/**
 * @author Han
 * @data 2023/10/21
 * @apiNode
 */
public class testCode {
    public static void main(String[] args) {
        Hua hua = new Hua();
        hua.hua(new Circle());
    }
}
class Shape {
    int m_type;
}
// 使用方
class Hua {
    public void hua(Shape shape) {
        if (shape.m_type == 1) {
            System.out.println("圆形");
        }
    }
}
// 提供方 
class Circle extends Shape {
    public Circle() {
        super.m_type = 1;
    }
}

我要给这个类增加一个绘画三角形的方法

方式一

package 开闭原则;
/**
 * @author Han
 * @data 2023/10/21
 * @apiNode
 */
public class testCode {
    public static void main(String[] args) {
        Hua hua = new Hua();
        hua.hua(new Circle());
        hua.hua(new Triangle());
    }
}
class Shape {
    int m_type;
}
// 使用方
class Hua {
    public void hua(Shape shape) {
        if (shape.m_type == 1) {
            System.out.println("圆形");
        }else if (shape.m_type == 2) {
            System.out.println("三角形");
        }
    }
}
// 提供方
class Circle extends Shape {
    public Circle() {
        super.m_type = 1;
    }
}
class Triangle extends Shape {
    public Triangle() {
        super.m_type = 2;
    }
}

方式1的优缺点：

优点是比较好理解，简单易操作。
缺点是违反了设计模式的 ocp(开闭原则)，即对扩展开方（提供方），对修改（使用方）关闭，即当我们给类增加新功能的时候，尽量不修改代码，或者尽可能的少修改代码，但是这里对使用方作了修改，违反开闭原则
比如我们要新增三角形，我们需要做刚才的修改，修改的地方较多

改进方式1

方式二

在抽象父类shape中创建一个 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去继承这个Shape抽象类，并实现draw方法即可，使用方的代码就不需要修改

package 开闭原则;

/**
 * @author Han
 * @data 2023/10/21
 * @apiNode
 */
public class testCode2 {
    public static void main(String[] args) {
        Hua2 hua2 = new Hua2();
        hua2.hua(new Circle2());
        hua2.hua(new Triangle2());
    }
}

abstract class Shape2 {
    public abstract void hua();
}
// 使用方
class Hua2 {
    // 再增加图形时，只需要让图形对应的类继承shape2这个抽象类就好了
    public void hua(Shape2 shape2) {
        shape2.hua();
    }
}
// 提供方
// 继承了抽象类
class Circle2 extends Shape2 {
    @Override
    public void hua() {
        System.out.println("圆形");
    }
}
class Triangle2 extends Shape2 {
    @Override
    public void hua() {
        System.out.println("三角形");
    }
}

迪米特法则

基本介绍

一个类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
迪米特法则又叫最少知道法则，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：**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，我们称出现在成员变量，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
量中得类不是直接的朋友，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

实例代码

这种方式违反了迪米特法则，在几局部变量中出现了陌生类

package 迪米特法则;

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

public class Demeter1 {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
        schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
    }
}

class CollegeManager {

    public List<CollegeEmployee> getAllEmployee() {
        List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
            emp.setId("学院员工id= " + i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }
}

// 学校管理类
class SchoolManager {

    // Employee是类的直接朋友
    public List<Employee> getAllEmployee() {
        List<Employee> list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Employee emp = new Employee();
            emp.setId("学校总部员工id= " + i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }
    // CollegeManager是类的直接朋友

    void printAllEmployee(CollegeManager sub) {

        // CollegeEmployee不是类的直接朋友，是一个陌生类
        // 这里违反了迪米特法则，陌生类最好不要以局部变量的方式出现在类的内部
        List<CollegeEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
        System.out.println("------------分公司员工------------");
        for (CollegeEmployee e : list1) {
            System.out.println(e.getId());
        }
        List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
        System.out.println("------------学校总部员工------------");
        for (Employee e : list2) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

class Employee {
    private String id;

    public String getId() {
        return id;
    }

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


class CollegeEmployee {
    private String id;

    public String getId() {
        return id;
    }

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

改进，遵循迪米特法则

package 迪米特法则;

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

public class Demeter2 {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        SchoolManager2 schoolManager = new SchoolManager2();
        schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager2());
    }
}

class CollegeManager2 {

    // 封装学院员工信息
    public List<CollegeEmployee> getAllEmployee() {
        List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
            emp.setId("学院员工id= " + i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }

    // 输出学院员工信息
    public void printCollegeInfo() {
        List<CollegeEmployee> list1 = this.getAllEmployee();
        for (CollegeEmployee e : list1) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

// 学校管理类
class SchoolManager2 {

    // Employee是类的直接朋友
    public List<Employee> getAllEmployee() {
        List<Employee> list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Employee emp = new Employee();
            emp.setId("学校总部员工id= " + i);
            list.add(emp);
        }
        return list;
    }

    // CollegeManager是类的直接朋友
    void printAllEmployee(CollegeManager2 sub2) {

        // 你是怎么输出的不要告诉我，我只要结果（遵循迪米特法则）
        System.out.println("------------分学院员工------------");
        sub2.printCollegeInfo();
        List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
        System.out.println("------------学校总部员工------------");
        for (Employee e : list2) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

// bean类
class Employee2 {
    private String id;

    public String getId() {
        return id;
    }

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

class CollegeEmployee2 {
    private String id;

    public String getId() {
        return id;
    }

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