设计模式——设计原则

设计模式分类

• 创建型模式

  用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。含有单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者5种创建型模式

• 结构型模式

  用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构，即类或对象的组合，含有代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合7种结构型模式

• 行为型模式

  用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象无法单独完成的任务，以及怎样分配职责，即类或对象之间的交互和通信。含有模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器11种行为型模式

类别	模式	核心思想	典型应用场景
创建型	单例模式	确保一个类只有一个实例	全局唯一对象（如配置管理器）
	工厂方法模式	由子类决定实例化哪个类	框架中对象的创建
	抽象工厂模式	创建相关对象的家族	跨平台的 UI 组件库
	建造者模式	分离复杂对象的构建与表示	复杂对象的创建（如 HTML 文档生成器）
	原型模式	通过复制现有对象创建新对象	对象的创建成本较高时
结构型	适配器模式	将一个接口转换成客户端期望的另一个接口	兼容旧系统、第三方库的集成
	桥接模式	将抽象与实现分离	多维度的类扩展（如形状和颜色）
	组合模式	表示“部分-整体”的层次结构	文件系统、UI 组件树
	装饰器模式	动态地给对象添加额外的职责	动态扩展对象功能（如 Java I/O 流）
	外观模式	提供一个统一的接口访问子系统	简化复杂系统的调用
	享元模式	通过共享技术支持大量细粒度对象	文本编辑器中的字符对象
	代理模式	控制对其他对象的访问	远程代理、虚拟代理
行为型	责任链模式	解耦请求的发送者和接收者	审批流程、异常处理
	命令模式	将请求封装为对象	撤销操作、任务队列
	解释器模式	定义语言的文法并解释句子	编译器、正则表达式
	迭代器模式	顺序访问聚合对象中的元素	集合类的遍历
	中介者模式	封装一系列对象的交互	聊天室、GUI 组件交互
	备忘录模式	捕获并外部化对象的内部状态	撤销操作、游戏存档
	观察者模式	定义对象间的一对多依赖关系	事件驱动系统、MVC 框架
	状态模式	允许对象在其内部状态改变时改变其行为	订单状态机、游戏角色状态
	策略模式	定义一系列可互换的算法	排序算法、支付方式
	模板方法模式	定义算法的框架，将一些步骤延迟到子类中	框架中的钩子方法
	访问者模式	在不改变元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作	编译器中的语法树操作

软件设计原则

在软件开发中，为了提高软件系统的可维护性和可复用性，增加软件的可扩展性和灵活性，要尽量根据7条原则来开发程序，从而提高软件开发效率、节约软件开发成本和维护成本

单一职责原则

单一职责原则（Simple Responsibility Pinciple，SRP）是最简单的面向对象设计原则，它用于控制类的粒度大小。该原则要求一个对象应该只包含单一的职责，并且该职责被完整地封装在一个类中。

例如：

class User {
    public void login(String username, String password) {
        // 登录逻辑
    }

    public void sendEmail(String email, String message) {
        // 发送邮件逻辑
    }
}

User类承担了登录和发送邮件两个职责，如果登录逻辑或邮件发送逻辑需要修改，都需要修改User类

class User {
    public void login(String username, String password) {
        // 登录逻辑
    }
}

class EmailSender {
    public void sendEmail(String email, String message) {
        // 发送邮件逻辑
    }
}

将User类的职责分离为两个类：User负责登录，EmailSender负责发送邮件，这样就符合了单一职责原则

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。

比如银行有农业银行，交通银行，建设银行等，而他们都是银行，而具体是什么银行则是另外一回事，我们可以将银行抽象成一个统一的接口或是抽象类，这样我们就满足了开闭原则的第一个要求：对扩展开放；不同的银行可以自由地决定他们的业务。而具体哪个银行开设了哪种业务，不需要其他银行干涉，所以满足第二个要求：对修改关闭

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。通俗理解：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

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大

比如:

class Rectangle {
    protected int width;
    protected int height;

    public void setWidth(int width) {
        this.width = width;
    }

    public void setHeight(int height) {
        this.height = height;
    }

    public int getArea() {
        return width * height;
    }
}

class Square extends Rectangle {
    @Override
    public void setWidth(int width) {
        this.width = width;
        this.height = width; // 修改了父类的行为
    }

    @Override
    public void setHeight(int height) {
        this.width = height; // 修改了父类的行为
        this.height = height;
    }
}

Square 类修改了 Rectangle 类的行为（设置宽高时强制宽高相等），导致 Square 无法替换 Rectangle

修正:

class Shape {
    public int getArea() {
        return 0;
    }
}

class Rectangle extends Shape {
    protected int width;
    protected int height;

    public void setWidth(int width) {
        this.width = width;
    }

    public void setHeight(int height) {
        this.height = height;
    }

    @Override
    public int getArea() {
        return width * height;
    }
}

class Square extends Shape {
    private int side;

    public void setSide(int side) {
        this.side = side;
    }

    @Override
    public int getArea() {
        return side * side;
    }
}

Square和Rectangle都继承自Shape，但各自实现自己的行为，互不影响

里氏替换也是实现开闭原则的重要方式之一

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

举例，在Spring之前，我们的业务实现：

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        UserController controller = new UserController();
      	//...
    }

    static class UserMapper {
        //CRUD...
    }

    static class UserService {
        UserMapper mapper = new UserMapper();
        //业务....
    }

    static class UserController {
        UserService service = new UserService();
        //业务....
    }
}

这样如果业务需求变化，Service变化，就会导致Controller层也发生变化，

有Spring框架之后，我们的开发模式变为：

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        UserController controller = new UserController();
    }

    interface UserMapper {
        //CRUD定义
    }

    static class UserMapperImpl implements UserMapper {
        //CRUD
    }

    interface UserService {
        //业务定义....
    }

    static class UserServiceImpl implements UserService {
        @Resource   //现在由Spring来为我们选择一个指定的实现类，然后注入，而不是由我们在类中硬编码进行指定
        UserMapper mapper;
        //业务...
    }

    static class UserController {
        @Resource
        UserService service;   //直接使用接口
        //业务...
    }
}

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

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

举例，我们需要创建一个A品牌的保险箱，该保险箱具有防火、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：

public interface SafetyBox {
    void antiTheft();
    void fireproof();
    void waterproof();
}

public class ASafetyBox implements SafetyBox {
    @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");
    }
}

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B品牌的安全门，而该安全门只具有防盗、防水功能，很显然如果实现SafetyBox接口就违背了接口隔离原则，改正后代码如下：

AntiTheft（接口）：

public interface AntiTheft {
    void antiTheft();
}

Fireproof（接口）：

public interface Fireproof {
    void fireproof();
}

Waterproof（接口）：

public interface Waterproof {
    void waterproof();
}

ASafetyBox（类）：

public class ASafetyBox implements AntiTheft,Fireproof,Waterproof {
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

    public void fireproof() {
        System.out.println("防火");
    }


    public void waterproof() {
        System.out.println("防水");
    }
}

BSafetyBox（类）：

public class BSafetyBox implements AntiTheft,Fireproof {
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

    public void fireproof() {
        System.out.println("防火");
    }
}

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：

1. 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。
2. 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。
3. 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：

1. 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。
2. 对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。
3. 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。

举例，B类需要使用A类中的某些功能：

class A {
    public void AFunction(){
        System.out.println("A");
    }
}

class B extends A{    //直接通过继承的方式，得到A的逻辑
    public void test(){
        System.out.println("我是B的方法，我需要A");
        AFunction();
    }
}

虽然这样看起来可行，但是耦合度太高了

可以看到通过继承的方式实现复用，我们是将类B直接指定继承自类A的，那么如果有一天，由于业务的更改，现有业务不再由A来负责，而是由新来的C去负责，那么这个时候，我们就不得不将需要复用A中方法的子类全部进行修改。并且还有一个问题就是，通过继承子类会得到一些父类中的实现细节，比如某些字段或是方法，这样直接暴露给子类，并不安全。

所以，我们要实现复用时，可以优先考虑引入一个A参数：

class A {
    public void AFunction(){
        System.out.println("A");
    }
}

class B {
    A a;
    public B(A a){   //在构造时指定
        this.a = a;
    }
    
    public void test(){
        System.out.println("我是B的方法，我需要A");
        a.AFunction();   //通过对象A去执行
    }
}

迪米特法则

迪米特法则又叫最少知识原则，是对程序内部数据交互的限制。

其含义是：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。

迪米特法则中的直接通信对象是指：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。

简单来说就是，一个类/模块对其他的类/模块有越少的交互越好。当一个类发生改动，那么，与其相关的类（比如用到此类啥方法的类）需要尽可能少的受影响（比如修改了方法名、字段名等，可能其他用到这些方法或是字段的类也需要跟着修改）这样我们在维护项目的时候会更加轻松一些。

举例：

class Employee {
    private Address address;

    public Employee(Address address) {
        this.address = address;
    }

    public Address getAddress() {
        return address;
    }
}

class Address {
    private String city;

    public Address(String city) {
        this.city = city;
    }

    public String getCity() {
        return city;
    }
}

class Company {
    public void printEmployeeCity(Employee employee) {
        // 违反迪米特法则：与间接对象通信
        System.out.println(employee.getAddress().getCity());
    }
}

Company 类通过 Employee 对象间接访问了 Address 对象，违反了迪米特法则

可以使用中介对象获取信息：

class Employee {
    private Address address;

    public Employee(Address address) {
        this.address = address;
    }

    public Address getAddress() {
        return address;
    }
}

class Address {
    private String city;

    public Address(String city) {
        this.city = city;
    }

    public String getCity() {
        return city;
    }
}

class Company {
    private Employee employee;

    public Company(Employee employee) {
        this.employee = employee;
    }

    public void printEmployeeCity() {
        // 通过中介对象 Employee 获取信息
        System.out.println(employee.getAddress().getCity());
    }
}

Company 通过中介对象 Employee 获取 Address 的信息，减少直接依赖