七大软件设计原则

俺也打酱油
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一、Open-Closed-Principle(开闭原则)

定义：一个软件实体如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭。用抽象构建架构，用实现扩展细节
优点：提高软件系统的可复用性及可维护性
核心思想：面向抽象编程

例子：我们版本更新，我尽可能不修改源代码，但是可以增加新功能（生活中体现：很多互联网公司都实行弹性制作息时间，规定每天工作8小时。意思就是说，对于每天工作8小时这个规定是关闭的，但是你什么时候来，什么时候走是开放的。早来早走，晚来晚走。）

当前创建接口课程类

    public interface ICourse { 
        //获取id
        public Integer getId(); 
        //获取名字
        public String getName(); 
        //获取价格
        public Double getPrice(); 
    }

创建java课程类继承课程类

   public class JavaCourse implements ICourse{ 
           private Integer Id; 
           private String name; 
           private Double price; 
           
           public JavaCourse(Integer id, String name, Double price) {
                this.Id = id; 
                this.name = name; 
                this.price = price; 
           } 
           
           public Integer getId() { 
                return this.Id; 
           } 
           
           public String getName() { 
                return this.name; 
           } 
           
           public Double getPrice() {
                return this.price; 
           } 
   }

创建java课程打折类继承java课程

   public class JavaDiscountCourse extends JavaCourse { 
         public JavaDiscountCourse(Integer id, String name, Double price) { 
            super(id, name, price); 
         } 
         public Double getOriginPrice(){ 
            return super.getPrice(); 
             
         } 
         public Double getPrice(){ 
            return super.getPrice() * 0.61;
         } 
   }

类图：

二、Dependence Inversion Principle(依赖倒置原则)

定义：是指设计代码结构时，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
      针对接口编程，不要针对实现编程
优点：可以减少类与类之间的耦合性，提高系统的稳定性，提高代码的可读性和可维护性，并能够降低修改程序所
      造成的风险

例：TOM学习

public class Tom { 
  public void studyJavaCourse(){ 
    System.out.println("Tom 在学习 Java 的课程"); 
  }
public void studyPythonCourse(){
    System.out.println("Tom 在学习 Python 的课程"); 
}}

调用一下

public static void main(String[] args) { 
   Tom tom = new Tom(); 
   tom.studyJavaCourse(); 
   tom.studyPythonCourse(); 
}

你会发现，如果tom还想学习其他的，还需要改tom类 ，来我们优化代码，创建一个课程的抽象ICourse 接口：

public interface ICourse { 
   void study(); 
}

然后写JavaCourse类：

public class JavaCourse implements ICourse { 
  @Override 
  public void study() { 
  System.out.println("Tom 在学习 Java 课程"); 
  }
}

再实现PythonCourse类：

public class PythonCourse implements ICourse { 
 @Override 
 public void study() { 
   System.out.println("Tom 在学习 Python 课程"); 
 }
}

修改Tom类：

public class Tom { 
  public void study(ICourse course){ 
   course.study(); 
  } 
}

来看调用：

public static void main(String[] args) { 
  Tom tom = new Tom(); 
  tom.study(new JavaCourse()); 
  tom.study(new PythonCourse()); 
}

这样如果再有想要学习的课程，只要新建这个课程以参的方式告诉Tom，而不需要修改底层代码。 实际上这是一种大家非常熟悉的方式，叫依赖注入，依赖注入三种方式（构造器注入，setter注入，接口注入）我们来看构造器注入方式：

public class Tom {
  private ICourse course;
public Tom(ICourse course){ 
  this.course = course; 
}

public void study(){ 
  course.study(); 
}}

看调用代码：

public static void main(String[] args) { 
  Tom tom = new Tom(new JavaCourse()); 
  tom.study(); 
}

根据构造器方式注入，在调用时，每次都要创建实例。那么，如果 Tom是全局单例，则我们就只能 选择用Setter方式来注入，继续修改Tom类的代码：

public class Tom { 
  private ICourse course; 
  public void setCourse(ICourse course) {
    this.course = course; 
  } 
  public void study(){ 
    course.study(); 
  } }

看调用代码：

public static void main(String[] args) { 
   Tom tom = new Tom(); 
   tom.setCourse(new JavaCourse()); 
   tom.study();
   tom.setCourse(new PythonCourse()); 
   tom.study();
}

下面的是我们的类图：

大家要切记：以抽象为基准比以细节为基准搭建起来的架构要稳定得多，因此大家在拿到需求之后， 要面向接口编程，先顶层再细节来设计代码结构。

三、Simple Responsibility Pinciple（单一职责原则）

是指不要存在多于一个导致类变更的原因
假设我们有一个Class负责两个职责，一旦发生需求变更，修改其中一个职责的逻辑代码，有可能会导致 另一个职责的功能发生故障。这样一来，这个Class存在两个导致类变更的原因。如何解决这个问题呢？ 我们就要给两个职责分别用两个 Class来实现，进行解耦。后期需求变更维护互不影响。这样的设计， 可以降低类的复杂度，提高类的可读性，提高系统的可维护性，降低变更引起的风险。总体来说就是一 个Class/Interface/Method只负责一项职责。

课程类

public class Course { 
  public void study(String courseName){ 
    if("直播课".equals(courseName)){ 
       System.out.println("不能快进"); 
    }else{ 
      System.out.println("可以任意的来回播放"); 
    } 
  } }

public static void main(String[] args) { 
    Course course = new Course(); 
    course.study("直播课"); 
    course.study("录播课"); 
}

从上面代码来看，Course类承担了两种处理逻辑。假如，现在要对课程进行加密，那么直播课和录播课的加密逻辑都不一样，必须要修改代码。而修改代码逻辑势必会相互影响容易造成不可控的风险。
我们对职责进行分离解耦，来看代码，分别创建两个类ReplayCourse 和LiveCourse：

LiveCourse 类：

public class LiveCourse { 
    public void study(String courseName){
      System.out.println(courseName + "不能快进看");
  }}

ReplayCourse 类：

public class ReplayCourse { 
    public void study(String courseName){ 
       System.out.println("可以任意的来回播放"); 
    } 
}

调用代码：

public static void main(String[] args) { 
    LiveCourse liveCourse = new LiveCourse(); 
    liveCourse.study("直播课");
    ReplayCourse replayCourse = new ReplayCourse(); 
    replayCourse.study("录播课");
}

业务继续发展，课程要做权限。没有付费的学员可以获取课程基本信息，已经付费的学员可以获得视频流，即学习权限。那么对于控制课程层面上至少有两个职责。我们可以把展示职责和管理职责分离开来，都实现同一个抽象依赖。设计一个顶层接口,创建ICourse接口

public interface ICourse {
//获得基本信息 
String getCourseName();
//获得视频流 
byte[] getCourseVideo();
//学习课程 
void studyCourse(); 
//退款 
void refundCourse();
}

我们可以把这个接口拆成两个接口，创建一个接口ICourseInfo和ICourseManager：

ICourseInfo接口：

public interface ICourseInfo { 
    String getCourseName(); 
    byte[] getCourseVideo(); 
}

ICourseManager接口：

public interface ICourseManager { 
    void studyCourse(); 
    void refundCourse(); 
}

来看一下类图：

这修改之后，开发起来简单，维护起来也容易。但是，我们在实际开发中会项目依赖，组合，聚合这些关系，还有还有项目的规模，周期，技术人员的水平，对进度的把控，很多类都不符合单一职责。但是，我们在编写代码的过程，尽可能地让接口和方法保持单一职责，对我们项目后期的维护是有很大帮助的。

四、Interface Segregation Principle(接口隔离原则)

是指用多个专门的接口，而不使用单一的总接口，客户端不应该依赖它不需要的接口。这个原则指导我们在设计接口时应当注意一下几点：
1、一个类对一类的依赖应该建立在最小的接口之上。
2、建立单一接口，不要建立庞大臃肿的接口。
3、尽量细化接口，接口中的方法尽量少（不是越少越好，一定要适度）。
接口隔离原则符合我们常说的高内聚低耦合的设计思想，从而使得类具有很好的可读性、可扩展性和可维护性。我们在设计接口的时候，要多花时间去思考，要考虑业务模型，包括以后有可能发生变更的地方还要做一些预判。所以，对于抽象，对业务模型的理解是非常重要的。

下面我们来看一段代码，写一个动物行为的抽象： IAnimal接口：

public interface IAnimal { 
   void eat(); 
   void fly(); 
   void swim(); 
}

Bird类实现：

public class Bird implements IAnimal { 
@Override 
public void eat() {}
@Override 
public void fly() {} 
@Override 
public void swim() {} 
}

Dog类实现：

public class Dog implements IAnimal { 
@Override 
public void eat() {} 
@Override 
public void fly() {} 
@Override 
public void swim() {} 
}

可以看出，Bird的 swim()方法可能只能空着，Dog的fly()方法显然不可能的。这时候，我们针对不同动物行为来设计不同的接口，分别设计IEatAnimal， IFlyAnimal和ISwimAnimal接口，来看代码：

IEatAnimal接口：

public interface IEatAnimal { 
  void eat(); 
}

IFlyAnimal接口：

public interface IFlyAnimal { 
  void fly(); 
}

ISwimAnimal接口：

public interface ISwimAnimal { 
  void swim(); 
}

Dog只实现IEatAnimal和ISwimAnimal接口：

public class Dog implements ISwimAnimal,IEatAnimal { 
  @Override 
  public void eat() {} 
  @Override 
  public void swim() {} 
}

来看下两种类图的对比，还是非常清晰明了的：

五、Law of Demeter (迪米特法则)

      是指一个对象应该对其他对象保持最少的了解，又叫最少知道原则（LeastKnowledgePrinciple,LKP），尽量降低类与类之间的耦合。迪米特原则主要强调只和朋友交流，不和陌生人说话。出现在成员变量、方法的输入、输出参数中的类都可以称之为成员朋友类， 而出现在方法体内部的类不属于朋友类。

      现在来设计一个权限系统，TeamLeader需要查看目前发布到线上的课程数量。这时候，TeamLeader要找到员工Employee去进行统计，Employee再把统计结果告诉 TeamLeader。接下来我们还是来看代码：

Course类：

public class Course { }

Employee类：

public class Employee{ 
public void checkNumberOfCourses(List<Course> courseList){ 
    System.out.println("目前已发布的课程数量是：" + courseList.size()); 
}}

TeamLeader类：

public class TeamLeader{ 
public void commandCheckNumber(Employee employee){
   List<Course> courseList = new ArrayList<Course>();
   for (int i= 0; i < 20 ;i ++){ 
     courseList.add(new Course()); 
   } 
   employee.checkNumberOfCourses(courseList);
}}

测试代码：

public static void main(String[] args) { 
   TeamLeader teamLeader = new TeamLeader(); 
   Employee employee = new Employee(); 
   teamLeader.commandCheckNumber(employee); 
}

写到这里，其实功能已经都已经实现，代码看上去也没什么问题。根据迪米特原则，TeamLeader只想要结果，不需要跟Course产生直接的交流。而Employee统计需要引用Course对象。 TeamLeader和Course并不是朋友，从下面的类图就可以看出来： 下面来对代码进行改造： Employee类：

public class Employee {
public void checkNumberOfCourses(){ 
   List<Course> courseList = new ArrayList<Course>(); 
   for (int i= 0; i < 20 ;i ++){ 
      courseList.add(new Course()); 
   } 
   System.out.println("目前已发布的课程数量是："+courseList.size()); 
}}

TeamLeader类：

public class TeamLeader {
public void commandCheckNumber(Employee employee){ 
      employee.checkNumberOfCourses(); 
}}

再来看下面的类图，Course和TeamLeader已经没有关联了。

学习软件设计原则，千万不能形成强迫症。碰到业务复杂的场景，我们需要随机应变

六、Liskov Substitution Principle(里氏替换原则)

      是指如果对每一个类型为 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。
定义看上去还是比较抽象，我们重新理解一下，可以理解为一个软件实体如果适用一个父类的话，那一定是适用于其子类，所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象，子类对象能够替换父类对象，而程序逻辑不变。根据这个理解，我们总结一下：

引申含义：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。
1、子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。
2、子类中可以增加自己特有的方法。
3、当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的输入/入参）要比父类方法的输入参数更宽松。
4、当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载或实现抽象方法），方法的后置条件（即方法的输出/返回值）要比父类更严格或相等。

      在前面讲开闭原则的时候埋下了一个伏笔，我们记得在获取折后时重写覆盖了父类的getPrice()方法，增加了一个获取源码的方法getOriginPrice()，显然就违背了里氏替换原则。我们修改一下代码，不应该覆盖getPrice()方法，增加getDiscountPrice()方法：

public class JavaDiscountCourse extends JavaCourse { 
    public JavaDiscountCourse(Integer id, String name, Double price) { 
     super(id, name, price); 
   } 
   public Double getDiscountPrice(){ 
    return super.getPrice() * 0.61; 
  } 
}

使用里氏替换原则有以下优点：
1、约束继承泛滥，开闭原则的一种体现。
2、加强程序的健壮性，同时变更时也可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、扩展性。降低需求变更时引入的风险。

      现在来描述一个经典的业务场景，用正方形、矩形和四边形的关系说明里氏替换原则，我们都知道正方形是一个特殊的长方形，那么就可以创建一个长方形父类Rectangle类：

public class Rectangle {
  private long height; 
  private long width;
  public long getHeight() { 
    return height; 
  }
  public void setHeight(long height) { 
    this.height = height; 
  }
  public long getWidth() { 
    return width; 
  }
  public void setWidth(long width) { 
    this.width = width; 
  }
}

创建正方形Square类继承长方形：

public class Square extends Rectangle { 
  private long length;
  public long getLength() { 
    return length; 
  }
  public void setLength(long length) { this.length = length; }
  @Override 
  public long getHeight() { 
    return getLength(); 
  }
  @Override 
  public void setHeight(long height) { 
    setLength(height); 
  }
  @Override 
  public long getWidth() { 
    return getLength(); 
  }
  @Override 
  public void setWidth(long width) { 
    setLength(width); 
  }
}

在测试类中创建 resize()方法，根据逻辑长方形的宽应该大于等于高，我们让高一直自增，直到高等于宽变成正方形：

public static void resize(Rectangle rectangle){ 
  while (rectangle.getWidth() >= rectangle.getHeight()){ 
    rectangle.setHeight(rectangle.getHeight() + 1); 
    System.out.println("Width:" +rectangle.getWidth() +",Height:" + rectangle.getHeight()); 
  } 
  System.out.println("Resize End,Width:" +rectangle.getWidth() +",Height:" + rectangle.getHeight()); 
}

测试代码：

public static void main(String[] args) { 
    Rectangle rectangle = new Rectangle(); 
    rectangle.setWidth(20); 
    rectangle.setHeight(10); 
    resize(rectangle); 
}

运行结果：

      发现高比宽还大了，在长方形中是一种非常正常的情况。现在我们再来看下面的代码，把长方形Rectangle替换成它的子类正方形Square，修改测试代码：

public static void main(String[] args) { 
    Square square = new Square(); 
    square.setLength(10); 
    resize(square);
}

      这时候我们运行的时候就出现了死循环，违背了里氏替换原则，将父类替换为子类后，程序运行结果没有达到预期。因此，我们的代码设计是存在一定风险的。里氏替换原则只存在父类与子类之间，约束继承泛滥。我们再来创建一个基于长方形与正方形共同的抽象四边形Quadrangle接口：

public interface QuadRangle { 
    long getWidth(); 
    long getHeight(); 
}

修改长方形Rectangle类：

public class Rectangle implements QuadRangle { private long height; private long width;
    public long getHeight() { 
        return height; 
    }
    public void setHeight(long height) { 
        this.height = height; 
    }
    public long getWidth() { 
        return width; 
    }
    public void setWidth(long width) { 
        this.width = width; 
    }
}

修改正方形类Square类：

public class Square implements QuadRangle { 
  private long length;
  public long getLength() { 
    return length; 
  }
  public void setLength(long length) { 
    this.length = length; 
  }
  public long getWidth() { 
    return length; 
  }
  public long getHeight() { 
    return length; 
  }
}

      此时，如果我们把resize()方法的参数换成四边形Quadrangle类，方法内部就会报错。因为正方形Square已经没有了setWidth()和setHeight()方法了。因此，为了约束继承泛滥，resize()的方法参数只能用Rectangle长方形。当然，我们在后面的设计模式课程中还会继续深入讲解。

七、Composite/Aggregate Reuse Principle (合成复用原则)

      是指尽量使用对象组合(has-a)/聚合(contanis-a)，而不是继承关系达到软件复用的目的。可以使系统更加灵活，降低类与类之间的耦合度，一个类的变化对其他类造成的影响相对较少。继承我们叫做白箱复用，相当于把所有的实现细节暴露给子类。组合/聚合也称之为黑箱复用，对类以外的对象是无法获取到实现细节的。要根据具体的业务场景来做代码设计，其实也都需要遵循 OOP模型。还是以数据库操作为例，先来创建DBConnection类：

public class DBConnection { 
  public String getConnection(){ 
  return "MySQL 数据库连接"; 
  } 
}

创建ProductDao类：

public class ProductDao{ 
  private DBConnection dbConnection; 
  public void setDbConnection(DBConnection dbConnection) { 
      this.dbConnection = dbConnection; 
  } 
  public void addProduct(){ 
      String conn = dbConnection.getConnection(); 
      System.out.println("使用"+conn+"增加产品"); 
  } }

      这就是一种非常典型的合成复用原则应用场景。但是，目前的设计来说，DBConnection还不是一种抽象，不便于系统扩展。目前的系统支持MySQL数据库连接，假设业务发生变化，数据库操作层要支持Oracle数据库。当然，我们可以在 DBConnection 中增加对Oracle数据库支持的方法。但是违背了开闭原则。其实，我们可以不必修改Dao的代码，将DBConnection修改为abstract，来看代码：

public abstract class DBConnection { 
    public abstract String getConnection();
    }

然后，将MySQL的逻辑抽离：

public class MySQLConnection extends DBConnection { 
  @Override 
  public String getConnection() { 
    return "MySQL 数据库连接";
    }
}

再创建Oracle支持的逻辑：

public class OracleConnection extends DBConnection { 
    @Override 
    public String getConnection() { 
      return "Oracle 数据库连接"; 
    } 
}

具体选择交给应用层，来看一下类图：

设计原则总结

      学习设计原则，学习设计模式的基础。在实际开发过程中，并不是一定要求所有代码都遵循设计原则，我们要考虑人力、时间、成本、质量，不是刻意追求完美，要在适当的场景遵循设计原则，体现的是一种平衡取舍，帮助我们设计出更加优雅的代码结构。

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