Java是一门面向对象的编程语言，为了充分发挥面向对象编程的好处，就要遵循其相关设计原则，以求高效快速的编写高性能的Java代码。本文主要学习面向对象的六大设计原则。
六大设计原则
六大设计原则的单词首字母可组成单词SOLID（可靠的），又称SOLID原则。
- 单一职责原则（SRP, Single Responsibility Principle）
- 开放封闭原则（OCP, Open-Close Principle）
- 里氏替换原则（LSP, Liskov Substitution Principle）
- 迪米特法则（LOD, Law of Demeter），又称最少知识原则（LKP, Least Knowledge Principle）
- 接口隔离原则（ISP, Interface Segregation Principle）
- 依赖倒置原则（DIP, Dependence Inversion Principle）
1 单一职责原则（SRP）
1.1 定义：
There should never be more than one reason for a class to change.（一个类，只应有一个引起它变化的原因。）
1.2 理解：
一个类只负责一个功能的相应职责。或者说，在类、接口、方法层面的职能都应是单一的。
1.3 作用：
- 降低类的复杂度：类的职责单一，逻辑相对简单很多；
- 提高类的可读性：复杂度降低，利于可读性；
- 提高类的可维护性：可读性提高，更容易维护；
- 降低类的变更风险：修改一个接口只对相应的实现类有影响，对其他的接口无影响。
注意：过于追求职责单一，可能会造成类的大爆炸。
1.4 其他：
实际项目开发中，场景多样很难做到完全的单一职责原则。因此，要尽量做到接口和方法的单一职责，类尽量简短。
2 开放封闭原则（OCP）
2.1 定义：
Software entities like classes, modules and functions should be open for extension but closed for modifications.（一个软件实体的类、模块、函数，对扩展开放，对修改关闭。）
2.2 理解：
当需求改变时，我们应扩展原有代码，而不是修改原有代码。因为修改可能会引发更多问题。一个较好的方式是：用抽象构建框架，用实现扩展细节。当需要修改时，直接通过抽象派生一个具体类去实现修改。
2.3 作用：
- 提高稳定性：不修改原有代码；
- 提高灵活性；
- 提高可扩展性。
开闭原则可以指导我们建立一个稳定、灵活、可扩展的系统。
2.4 其他：
2.4.1 如何使用开闭原则？
- 抽象约束：通过接口或抽象类描述一组可能变化的行为，并通过不同的实现进行扩展。
- a. 约束扩散：对扩展进行边界限定，不允许出现接口或抽象类中不存在的public方法；
- b. 参数抽象化：引用对象尽量使用接口或抽象类，这是实现里氏替换原则的基础；
- c. 抽象层保持稳定：接口或抽象类一旦确定就尽量不要修改。
- 元数据控制模块行为：尽量使用元数据来控制程序的行为，减少重复开发。
- 元数据：用来描述环境和数据的数据，即配置参数；参数可以从文件、数据库中获得。
- 制定项目规范：对项目来说，约定优于配置，项目规范是所有成员都必须遵守的约定，这比通过接口或抽象类进行约束效率更高，也不影响扩展性。
- 封装变化：找出可能有变化或不稳定的点，为这些变化点创建稳定的接口，即这些变化点是受保护的。
- 封装变化包含两层含义：(1)将相同的变化封装到一个接口或抽象类中；(2)将不同的变化封装到不同的接口或抽象类中。
3 里氏替换原则（LSP）
3.1 定义：
Functions that use pointers or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it.（所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。）
3.2 理解：
代码中，所有父类出现的地方，都能用其子类替换，且不会产生任何错误和异常，但子类出现的地方不一定能用父类替换。子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。
继承是侵入性的，父类对于子类是透明的，这在一定程度上违反了封装。里氏替换原则为良好的继承定义了一个规范，包含4层含义：
- 子类必须实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法；
- 子类可以增加自己特有的方法；
- 子类重载父类的方法时候，方法的形参要比父类更宽松；
- 子类实现父类的抽象方法时，方法的返回值要比父类更严格。
3.3 作用：
- 是实现开闭原则的重要方式之一；
- 克服继承中重写造成的可复用性变差的缺点；
- 提高稳定性：即类的扩展不会影响已有的功能。
里氏替换原则反映了基类与子类间的关系，是继承复用的基础，是对开闭原则的补充，是对实现抽象化的具体步骤的规范。
3.4 其他：
- 里氏替换原则依赖于面向对象的继承、多态两大特性。
- 在项目中，采用里氏替换原则时，尽量避免子类的“个性”，目的是为增强代码的健壮性。
4 迪米特法则（LOD）
又称最少知识原则（LKP, Least Knowledge Principle）
4.1 定义：
Only talk to you immediate friends.（只与直接的朋友通信。）
4.2 理解：
一个对象应该对其他对象保持最少的了解，即尽量少地与其他对象通信，只与必需的有直接关系的对象通信。
在迪米特法则中，一个对象的直接朋友包括以下几类：
- 当前对象本身（this）；
- 当前对象方法中的参数对象；
- 当前对象的成员对象；
- 当前对象的集合成员中的元素对象；
- 当前对象所创建的对象。
迪米特法则可以限制对象间通信的广度和深度。如果一个系统应用了迪米特法则，则一个对象的改变不会给太多其他对象造成影响。
4.3 作用：
- 降低耦合度，减少对象间的相互依赖，使对象间保持松散的耦合关系（弱耦合）。
4.4 其他：
4.4.1 什么是耦合？
耦合指对象之间的联系。根据联系的紧密程度可分为强耦合和弱耦合。强耦合：对象间存在直接关系；弱耦合：对象间只存在间接关系。
4.4.2 什么是解耦？
解耦指降低对象间的耦合度，即将强耦合变为弱耦合的过程。
4.4.3 为什么要解耦？
对象间的耦合越高，维护成本越高。
4.4.4 如何解耦？
解耦的核心是封装和多态，包含但不限于以下几点：
- 利用多态：如使用接口、类的向上转型等；
- 利用封装：引入框架，如Spring的IOC（控制反转）等；
- 利用设计模式：适配器模式、观察者模式等；
- 避免使用全局变量；
- 避免相似函数。
5 接口隔离原则（ISP）
5.1 定义：
The dependency of one class to another one should depend on the smallest possible interface.（类间的依赖关系应该建立在最小的接口上。）
5.2 理解：
在程序中，针对不同的功能，建立多个职能专一的接口。这些接口使用起来更加灵活，实用性更高。接口隔离原则主要用来约束接口，即将接口根据功能进行分类，使不同功能的接口函数在不同的接口中。从某种程度来讲，接口隔离原则可以看做是接口层的单一职责原则。
单一职责原则与接口隔离原则的区别：
- 单一职责原则强调职责，主要是约束类，其次才是接口和方法，是针对实现和细节；
- 接口隔离原则强调接口，主要是约束接口，是针对抽象，针对程序的整体架构。
5.3 作用：
- 降低耦合度；
- 提供稳定性；
- 提高灵活性；
- 提高可扩展性。
5.4 其他：
5.4.1 接口隔离原则注意事项：
- 接口粒度要小：接口小，但要有限度，避免接口过多而使设计复杂化。如一个接口只服务于一个子模块或业务功能。
- 接口要高内聚：即接口中尽量少提供public方法，减少对外交互，这样风险就少，利于降低维护成本。
- 定制服务：系统模块之间必然会有耦合，有相互访问的接口。因此，在设计接口时，只提供访问者需要的方法，即定制服务，按需拆分接口。
6 依赖倒置原则（DIP）
6.1 定义：
High level modules should not depends upon low level modules. Both should depend upon abstractions. Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions.（高层模块不应依赖于底层模块，二者都应依赖于抽象，抽象不应依赖于细节， 细节应依赖于抽象。）
6.2 理解：
在java中，依赖倒置原则中的抽象指接口或抽象类，细节指实现类，表现为：
- 模块间的依赖关系通过抽象产生，实现类间的依赖关系也通过抽象产生；
- 接口或抽象类不依赖于实现类；
- 实现类依赖于接口或抽象类。
依赖倒置原则的核心是面向接口编程，即通过抽象使各个模块实现独立，互不影响，实现模块间的松耦合。具体的说，就是通过接口或抽象类进行变量、参数、方法等的声明，而实现类负责实现。
大多数情况下，开闭原则、里氏替换原则和依赖倒置原则，三者会同时出现。开闭原则是目标，里氏替换原则是基础，依赖倒置原则是手段，它们相辅相成，相互补充，目标一致，只是分析问题的角度不同而已。
6.3 作用：
- 提高可扩展性；
- 提高可维护性；
- 提高灵活性。
6.4 其他：
6.4.1 依赖注入（DI, Dependency Injection）
依赖注入是指当一个对象要与其他对象发生依赖关系时，通过注入的方式获取所依赖的对象。常用的注入方式有三种：
- 构造注入：指通过构造函数来传入具体类的对象；
- 设值注入：指通过Setter方法来传入具体类的对象；
- 接口注入：指通过在接口中声明的业务方法来传入具体类的对象。这些方法在定义时使用抽象类型，运行时传入具体类型对象。
在使用依赖倒置原则时，我们需要针对抽象编程，通过依赖注入的方式将实现类的对象注入到其他对象中。
6.4.2 如何使用依赖倒置原则？
要注意以下几点：
- 每个具体类都尽量对应一个接口或抽象类，或两者兼备。因为抽象是依赖倒置的基本要求。
- 变量的声明类型尽量用接口或抽象类。有特殊情况，如：工具类，一般不需要接口或抽象类；使用类的clone方法，就必须用实现类，这是JDK的规范。
- 任何类都不应从具体类派生。
- 尽量不要重写基类的方法。
- 结合里氏替换原则使用。
另外：
- 过于坚持DIP原则会生产出大量的类（抽象类和接口）。
- 依赖倒换原则假定所有具体类都是可变化的，但是实际并不总是这样。
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