设计模式基础

1. 设计模式的定义

在软件工程中，设计模式是对软件中普遍存在（反复出现）的各种问题，所提出的解决方案。

2. 设计模式的目的

我们在编写程序的过程中，会面临着来自耦合性、内聚性、以及可维护性、可拓展性、可重用性、灵活性等多方面的挑战，设计模式就是为了让程序拥有更好的：

代码重用性(即：相同功能的代码，不用多次编写)
可读性(即：编程规范性，便于其他程序员阅读和理解)
可扩展性(即：当需要增加新的功能时，非常方便，并且方便维护)
可靠性(即：代码需要有很好的鲁棒性，比如我们添加新功能后，对原有的代码不会产生影响)
使程序具有高内聚，低耦合的特性

3. 设计模式的七大原则

设计模式原则，其实就是程序员在编程时应该遵守的原则，也是各种设计模式的基础(即：设计模式为什么这么设计的依据)

1. 单一职责原则

1. 基本介绍

对类来说的，即一个类应该只负责一项原则。如类A负责两个不同的职责：职责1、职责2。当职责1需求变更而改变类A时，可能造成职责2执行错误，所以需要将类A按照职责分解为A1类和A2类，分别负责职责1和职责2。

2. 代码说明

//调用
public class MainClass{
    public static void main(String[] args){
        //对a的调用
        //此时对Vehicle来说，它既负责汽车的职责，也负责飞机和轮船的职责
        //这样就会导致飞机在公路上跑，轮船在公路上跑的错误
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.run("汽车");
        vehicle.run("飞机");
        vehicle.run("轮船");
        
        //对b的调用
        RoadVehicle rv = new RoadVehicle();//只负责路上跑的
        rv.run("汽车");
        AirVehicle av = new AirVehicle();//只负责天上飞的
        av.run("飞机");
        BoatVehicle bv = new BoatVehicle();//只负责水里游的
        bv.run("轮船");
        
        //对c的调用
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.roadRun("汽车");//该方法负责路上跑的
        vehicle.airRun("飞机");//该方法负责天上飞的
        vehicle.boatRun("轮船");//该方法负责水里游的
    }
}


//a. 违反单一职责原则的类
class Vehicle{
    public void run(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在公路上跑");
    }
}

//b. 将Vehicle类改造成单一职责原则的类
//可以根据不同的职责将Vehicle类分解成不同的类，让每个类负责一项交通工具的职责,如下：
class RoadVehicle{
    public void run(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在公路上跑");
    }
}

class AirVehicle{
    public void run(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在天上飞");
    }
}

class BoatVehicle{
    public void run(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在水上游");
    }
}

//c. 但上面这种分解类的方法改动较大
//改进：可以直接修改Vehicle类，让其保证方法级别上的单一职责而不是类级别上的单一职责，这样改动的代码较小，如下：
class Vehicle{
    public void roadRun(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在公路上跑");
    }
    
    public void airRun(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在天上飞");
    }
    
    public void boatRun(String vehicle){
        System.out.println(vehicle + "在水上游");
    }
}

3. 单一职责原则补充

降低类的复杂度，一个类只负责一项职责
提高类的可读性、可维护性
降低变更引起的风险
通常情况下，我们应当遵守单一职责原则，只有逻辑足够简单，才可以在代码级别违反单一职责原则；只有类中的方法数量足够少，才可以在方法级别保持单一职责原则。

2. 接口隔离原则

1. 基本介绍

客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上

2. 代码说明

//假设：类A通过接口Interface依赖类B，类C通过接口Interface依赖类D。(暗示B和D是接口Interface的实现类)
//假设：Interface中有5个方法fun1,fun2,fun3,fun4,fun5。
//假设：类A需要其中的fun1,fun2,fun3，类C需要其中的fun1,fun4,fun5
//那么接口Interface对于类A和类C来说都不是他们的最小接口
//那么很显然，类A对类B的依赖不是建立在最小的接口上，类C对类D的依赖同理
//即使接口Interface对于类A和类C来说不是最小接口，类B和类D也必须实现接口Interface中类A和类C不需要的方法

//a. 违反接口隔离原则的代码
interface Interface{
    void fun1();
    void fun2();
    void fun3();
    void fun4();
    void fun5();
}

class B implements Interface{//需要实现所有方法
    public void fun1(){
        System.out.println("我是B的fun1");
    }
    public void fun2(){
        System.out.println("我是B的fun2");
    }
    public void fun3(){
        System.out.println("我是B的fun3");
    }
    public void fun4(){
        System.out.println("我是B的fun4");
    }
    public void fun5(){
        System.out.println("我是B的fun5");
    }
}

class D implements Interface{//需要实现所有方法
    public void fun1(){
        System.out.println("我是D的fun1");
    }
    public void fun2(){
        System.out.println("我是D的fun2");
    }
    public void fun3(){
        System.out.println("我是D的fun3");
    }
    public void fun4(){
        System.out.println("我是D的fun4");
    }
    public void fun5(){
        System.out.println("我是D的fun5");
    }
}

class A{
    public void dependB1(Interface i){
        i.fun1();
    }
     public void dependB2(Interface i){
        i.fun2();
    }
     public void dependB3(Interface i){
        i.fun3();
    }
}

class C{
    public void dependD1(Interface i){
        i.fun1();
    }
     public void dependD2(Interface i){
        i.fun4();
    }
     public void dependD3(Interface i){
        i.fun5();
    }
}

//对上面进行修改，使之遵从接口隔离原则
//可以对接口进行拆分，然后让类A和类C分别与他们需要的接口建立依赖关系。
//这些接口的实现类只需要分别实现类A和类C需要的方法
//也就是说此时类A对类B、类C对类D的依赖都是建立在最小接口上

//接口拆分
interface Interface1{
    void fun1();
}
interface Interface2{
    void fun2();
    void fun3();
}
interface Interface3{
    void fun4();
    void fun5();
}

class B implements Interface1,Interface2{//类B实现接口1和接口2，只需要实现这两个接口中的所有方法
    public void fun1(){
        System.out.println("我是B的fun1");
    }
    public void fun2(){
        System.out.println("我是B的fun2");
    }
    public void fun3(){
        System.out.println("我是B的fun3");
    }
}

class D implements Interface1,Interface3{//类D实现接口1和接口3，只需要实现这两个接口中的所有方法
    public void fun1(){
        System.out.println("我是D的fun1");
    }
    public void fun4(){
        System.out.println("我是D的fun4");
    }
    public void fun5(){
        System.out.println("我是D的fun5");
    }
}

class A{
    public void dependB1(Interface1 i){//通过接口1依赖B，比如这里可以传入new B()
        i.fun1();
    }
     public void dependB2(Interface2 i){//通过接口2依赖B，比如这里可以传入new B()
        i.fun2();
    }
     public void dependB3(Interface2 i){
        i.fun3();
    }
}

class C{
    public void dependD1(Interface1 i){//通过接口1依赖D，比如这里可以传入new D()
        i.fun1();
    }
     public void dependD2(Interface3 i){//通过接口3依赖D，比如这里可以传入new D()
        i.fun4();
    }
     public void dependD3(Interface3 i){
        i.fun5();
    }
}

3. 依赖倒转原则

1. 基本介绍

依赖倒转原则是指：

高层模块不应该依赖低层模块，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架构比以细节为基础搭建的架构要稳定的多。在java中，抽象指的是接口或抽象类，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，把展现细节的任务交给他们的实现类去完成

2. 代码说明

//比如一个Person类实现打印消息功能
//未遵守依赖倒转原则的代码
class Email{
    public String getMsg(){
        return "email 消息";
    }
}

class Person{
    //很明显，如果我们这样写的话，Person直接依赖Email类，那么以后的拓展就会大受限制
    //比如我们还需要Person打印qq消息，短信消息等等，那么Person类的这个方法也需要进行修改
    public void printMsg(Email email){
        System.out.println(email.getMsg());
    }
}

//对上面改进使之遵守依赖倒转原则
//也就是依赖抽象而不是依赖细节
interface Msg{
    String getMsg();
}

class Email implements Msg{
    public String getMsg(){
        System.out.println("Email消息");
    }
}

class QQ implements Msg{
    public String getMsg(){
        System.out.println("QQ消息");
    }
}

class Person{
    //依赖接口，这样只需要我们传入不同的实现类对象，就可以打印不同信息
    public void printMsg(Msg msg){
        System.out.println(msg.getMsg());
    }
}

3. 依赖关系传递的三种方式以及代码说明

接口传递
构造方法传递
setter方法传递

//1. 通过接口传递
public interface ITV {
    void play();
}

public interface IOpenAndClose {
    void open(ITV itv);
}

public class ChangHongTV implements ITV {
    @Override
    public void play() {
        System.out.println("长虹电视打开了");
    }
}

public class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    @Override
    public void open(ITV itv) {
        itv.play();
    }
}

//2. 通过构造方法传递依赖关系
public interface ITV {
    void play();
}

public interface IOpenAndClose {
    void open();
}

public class ChangHongTV implements ITV {
    @Override
    public void play() {
        System.out.println("长虹电视打开了");
    }
}

public class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
    private ITV itv;
    public OpenAndClose(ITV itv){
        this.itv = itv;
    }
    
    public void open(){
        itv.play();
    }
}

//2. 通过setter方法传递依赖关系
public interface ITV {
    void play();
}

public interface IOpenAndClose {
    void open();
    void setITV(ITV itv);
}

public class ChangHongTV implements ITV {
    @Override
    public void play() {
        System.out.println("长虹电视打开了");
    }
}

public class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
    private ITV itv;
    
    public void setITV(ITV itv){
        this.itv = itv;
    }
    
    public void open(){
        itv.play();
    }
}

//测试
public class MainTest {
    @Test
    public void t1() {//测试通过接口传递依赖关系
        ITV changhong = new ChangHongTV();
        OpenAndClose oc = new OpenAndClose();
        oc.open(changhong);
    }
    
    @Test
    public void t2() {//测试通过构造方法传递依赖关系
        ITV changhong = new ChangHongTV();
        OpenAndClose oc = new OpenAndClose(changhong);
        oc.open();
    }
    
    @Test
    public void t2() {//测试通过setter方法传递依赖关系
        ITV changhong = new ChangHongTV();
        OpenAndClose oc = new OpenAndClose();
        oc.setITV(changhong);
        oc.open();
    }
}

4. 依赖倒转原则的补充

低层模块尽量都要有抽象类或接口，或者二者都有，程序稳定性更好。
变量的声明类型尽量是接口或抽象类，这样我们的变量引用和实际对象之间，就存在一个缓冲层，利于程序拓展和优化
继承时遵循里氏替换原则

4. 里氏替换原则

1. OO中的继承性的思考和说明

继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法，实际上是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵守这些契约，但是如果子类对这些已经实现的方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。
继承在给程序设计带来便利的同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性，程序的可移植性降低，增加对象间的耦合性，如果一个类被其他类继承，则当这个类修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改之后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障。
问题提出：如何在编程中正确使用继承？–>里氏替换原则

2. 介绍与理解

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。换句话说，所有引用基类的地方必须能透明的使用其子类的对象。
在使用继承时，遵循里氏替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法
里氏替换原则告诉我们，继承实际上使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
里氏替换原则是针对继承而言的，如果继承是为了实现代码重用，也就是为了共享方法，那么共享的父类方法就应该保持不变，不能被子类重新定义。子类只能通过新添加方法来扩展功能，父类和子类都可以实例化，而子类继承的方法和父类是一样的，父类调用方法的地方，子类也可以调用同一个继承得来的，逻辑和父类一致的方法，这时用子类对象将父类对象替换掉时，当然逻辑一致，相安无事
如果继承的目的是为了多态，而多态的前提就是子类覆盖并重新定义父类的方法，为了符合LSP，我们应该将父类定义为抽象类，并定义抽象方法，让子类重新定义这些方法，当父类是抽象类时，父类就是不能实例化，所以也不存在可实例化的父类对象在程序里。也就不存在子类替换父类实例（根本不存在父类实例了）时逻辑不一致的可能。
不符合LSP的最常见的情况是，父类和子类都是可实例化的非抽象类，且父类的方法被子类重新定义，这一类的实现继承会造成父类和子类间的强耦合，也就是实际上并不相关的属性和方法牵强附会在一起，不利于程序扩展和维护。
如何符合LSP？总结一句话 ——就是尽量不要从可实例化的父类中继承，而是要使用基于抽象类和接口的继承。

5. 开闭原则

1. 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(提供方)，对修改关闭(使用方)。也就是说尽量在不修改原有代码的基础上实现扩展。用抽象构建框架，用实现拓展细节
当软件需要变化时，尽量通过拓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

2. 代码说明

//1. 违反开闭原则的代码

//基类
class Shape{
    int type;
}

//用于绘图的类【使用方】
class GraphEditor{
    //接受Shape对象，然后根据对象的type来绘制不同的图形
    public void drawShape(Shape s){
	    if(s.type == 1) drawRec(s);
        else if(s.type == 2) drawCir(s);
    }
    
    //绘制矩形
    public void drawRec(Shape s){
        System.out.println("绘制矩形");
    }
    
    //绘制圆形
    public void drawCir(Shape s){
        System.out.println("绘制圆形");
    }
    
}

//矩形类【提供方】
class Rec extends Shape{
    Rec(){
        super.type = 1;
    }
}

//圆形类【提供方】
class Cir extends Shape{
    Cir(){
        super.type = 2;
    }
}

//假如我们现在需要实现绘制三角形，通过上面的代码1，需要：
//1.添加三角形类
//2.修改GraphEditor，添加绘制三角形方法和修改drawShape，很明显，修改了使用方，违背了ocp原则

//2. 修改上面代码使之遵循ocp原则
//基类
abstract class Shape{
    int type;
    
    public abstract void draw();
}

//用于绘图的类【使用方】
class GraphEditor{
    //接受Shape对象，根据不同的对象调用其draw方法
    public void drawShape(Shape s){
	    s.draw();
    } 
}

//矩形类
class Rec extends Shape{
    Rec(){
        super.type = 1;
    }
    
    public void draw(){
        System.out.println("绘制矩形")
    }
}

//圆形类
class Cir extends Shape{
    Cir(){
        super.type = 2;
    }
    
    public void draw(){
        System.out.println("绘制圆形")
    }
}

//很明显，上面代码2如果想增加绘制三角形功能，只需要添加三角形类，即只需要拓展提供方
//不需要修改GraphEditor类，即不需要修改使用方，符合ocp原则

6. 迪米特法则

1. 基本介绍

一个对象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原则，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复杂，都尽量将逻辑封装在类的内部。对外除了提供的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，只要俩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的类不是直接的朋友，也就是说，陌生的类最好不要以局部变量的形式出现在当前类中

2. 代码说明

//学校总部员工类
class Employee{
    private int id;
    
    public void setId(int id){
        this.id = id;
    }
    public int getId(){
        return this.id;
    }
}

//学院的员工类
class CollegeEmployee{
    private int id;
    
     public void setId(int id){
        this.id = id;
    }
    public int getId(){
        return this.id;
    }
}

//管理学院员工的管理类
class CollegeManager{
    //返回学院所有员工的
    public List<CollegeEmployee> getAll(){
        List<CollegeEmployee> res = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            CollegeEmployee c = new CollegeEmployee();
            c.setId(i);
            res.add(c);
        }
        return res;
    }
}

//学校管理类
class SchoolManager{
    //返回学校总部的所有员工
    public List<Employee> getAll(){
        List<Employee> res = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            Employee c = new Employee();
            c.setId(i);
            res.add(c);
        }
        return res;
    }
    
    //打印
    public void print(CollegeManager cm){
        //打印学院员工
        List<CollegeEmployee> list1 = cm.getAll();
        //打印逻辑
        
        //打印学校总部所有员工
        List<Employee> list2 = this.getAll();
        //打印逻辑
    }
}

//分析：SchoolManager类的直接朋友类有Employee，CollegeManager
//而CollegeEmployee对SchoolManager来说是陌生类，因为它是以局部变量的形式出现在SchoolManager中的
//违反了迪米特法则


//改进：将不是直接朋友的CollegeEmployee放到CollegeManager中。
//即List<CollegeEmployee> list1 = cm.getAll();这个逻辑封装到CollegeManager类中

//管理学院员工的管理类
class CollegeManager{
    //返回学院所有员工的id
    public List<CollegeEmployee> getAll(){
        List<CollegeEmployee> res = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            CollegeEmployee c = new CollegeEmployee();
            c.setId(i);
            res.add(c);
        }
        return res;
    }
    
    //打印学院员工信息
    
    public void print(){
        List<CollegeEmployee> res = getAll();
        //打印逻辑
    }
}

//然后在学校管理类中打印方法调用CollegeManager的打印方法即可
//学校管理类
class SchoolManager{
    //返回学校总部的所有员工
    public List<Employee> getAll(){
        List<Employee> res = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            Employee c = new Employee();
            c.setId(i);
            res.add(c);
        }
        return res;
    }
    
    //打印
    public void print(CollegeManager cm){
        //打印学院员工
        cm.print();
               
        //打印学校总部所有员工
        List<Employee> list2 = this.getAll();
        //打印逻辑
    }
}

3. 米特法则补充

迪米特法则的核心是降低类之间的耦合度
但是注意：由于每个类都减少了不必要的依赖，因此迪米特法则只是要求降低类间（对象间）耦合关系，并不是要求完全没有依赖关系

7. 合成复用原则

尽量使用组合、聚合和依赖关系，少用继承关系

8. 七大设计原则总结

找出应用中可能需要变化之处，将它们独立出来，不要和那些不需要的变化的代码混在一起
针对接口编程，而不是针对实现编程
为了交互对象之间的低耦合设计而努力

Java 设计模式基础

设计模式基础

1. 设计模式的定义

2. 设计模式的目的

3. 设计模式的七大原则

1. 单一职责原则

1. 基本介绍

2. 代码说明

3. 单一职责原则补充

2. 接口隔离原则

1. 基本介绍

2. 代码说明

3. 依赖倒转原则

1. 基本介绍

2. 代码说明

3. 依赖关系传递的三种方式以及代码说明

4. 依赖倒转原则的补充

4. 里氏替换原则

1. OO中的继承性的思考和说明

2. 介绍与理解

5. 开闭原则

1. 基本介绍

2. 代码说明

6. 迪米特法则

1. 基本介绍

2. 代码说明

3. 米特法则补充

7. 合成复用原则

8. 七大设计原则总结