Java面试之设计模式七大原则

最近项目不太忙，不怎么加班，正利用晚上时间好好学习学习设计模式，之前可能多多少少都用到过，但是有些还是很模糊，这下正好系统的学一下。

好了，话不多说，进入正题。

1.什么是设计模式？

软件工程中，设计模式是对软件设计中普遍存在的，或者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？

设计模式是为了让程序，具有更好的
1）代码重用性
2）可读性
3）可扩展性
4）高内聚性
5）低耦合性

3.设计模式七大原则

1）单一职责
2）接口隔离
3）依赖倒转
4）里氏替换
5）开闭原则
6）迪米特法则
7）合成复用

4.什么是单一职责

单一职责是对于类来说的，即一个类应该只负责一项职责，如果类A负责2个不同的职责：职责1和职责2。当职责1需求变更而改变类A时，可能造成职责2的错误执行。所以需要将类A的粒度分解为A1，A2。

请看下面的例子：

public class SingleResponsibilityTest {public static void main(String[] args) {Animals animals = new Animals();animals.eat("牛");animals.eat("羊");animals.eat("狗");}
}class Animals{public void eat(String animal){System.out.println(animal + "--" + " 在草地上吃草.....");}
}

执行一下

牛-- 在草地上吃草.....
羊-- 在草地上吃草.....
狗-- 在草地上吃草.....

很显然，Animals类的eat方法中，违反了单一职责原则，因为eat方法既有食草动物调用，也有食肉动物调用。

解决方案也很简单根据动物的不同，分解成不同的eat类即可。

public class SingleResponsibilityTest {public static void main(String[] args) {Animals animals = new Animals();animals.eat("牛");animals.eat("羊");animals.eatMeat("狗");}
}class Animals{public void eat(String animal){System.out.println(animal + "--" + " 在吃草.....");}public void eatMeat(String animal){System.out.println(animal + "--" + " 在吃肉.....");}
}

执行一下

牛-- 在吃草.....
羊-- 在吃草.....
狗-- 在吃肉.....

总结起来四个字：各行其职。

单一职责原则注意事项和细节
1）降低类的复杂度，一个类只负责一项职责
2）提高类的可读性，可维护性
3）降低变更引起的风险
4）通常情况下，我们都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；
只有类中方法数量足够少，可以在方法级别保持单一职责原则

5.什么是接口隔离原则

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

话不多说，上代码

package segregation;public class segregation1 {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stub}}interface Interface1 {void operation1(); void operation2(); void operation3(); void operation4(); void operation5();
}class B implements Interface1 {@Overridepublic void operation1() {System.out.println("B 实现了Interface1 的opernation1");}@Overridepublic void operation2() {System.out.println("B 实现了Interface1 的opernation2");}@Overridepublic void operation3() {System.out.println("B 实现了Interface1 的opernation3");}@Overridepublic void operation4() {System.out.println("B 实现了Interface1 的opernation4");}@Overridepublic void operation5() {System.out.println("B 实现了Interface1 的opernation5");}}class D implements Interface1 {@Overridepublic void operation1() {System.out.println("D 实现了Interface1 的opernation1");}@Overridepublic void operation2() {System.out.println("D 实现了Interface1 的opernation2");}@Overridepublic void operation3() {System.out.println("D 实现了Interface1 的opernation3");}@Overridepublic void operation4() {System.out.println("D 实现了Interface1 的opernation4");}@Overridepublic void operation5() {System.out.println("D 实现了Interface1 的opernation5");}}
// A类通过接口Interface1依赖（使用B类），但是只会用到1，2，3方法
class A {public void depend1(Interface1 i){i.operation1();}public void depend2(Interface1 i){i.operation2();}public void depend3(Interface1 i){i.operation3();}
}// C类通过接口Interface1依赖（使用D类），但是只会用到1，4，5方法
class C {public void depend1(Interface1 i){i.operation1();}public void depend2(Interface1 i){i.operation4();}public void depend3(Interface1 i){i.operation5();}
}

问题：类A通过接口Interface1依赖了B类，类C通过接口Interface1依赖的类D，如果接口Interface1对于类A和类C来说不是最小接口，那么类B和类D必须去实现他们不要的方法。

解决方法：按照隔离原则，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建立依赖关系。也就是接口隔离原则。于是将接口Interface1中出现的方法，根据实际情况拆分为3个接口。

改进后代码：

package segregation.improve;public class segregation1 {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubA a = new A();a.depend1(new B());a.depend2(new B());a.depend3(new B());C c = new C();c.depend1(new D());c.depend4(new D());c.depend5(new D());}}interface Interface1 {void operation1();
}
interface Interface2 {void operation2(); void operation3();
}
interface Interface3 {void operation4(); void operation5();
}class B implements Interface1, Interface2{@Overridepublic void operation1() {System.out.println("B 实现了Interface1 的opernation1");}@Overridepublic void operation2() {System.out.println("B 实现了Interface2 的opernation2");}@Overridepublic void operation3() {System.out.println("B 实现了Interface2 的opernation3");}
}class D implements Interface1 , Interface3{@Overridepublic void operation1() {System.out.println("D 实现了Interface1 的opernation1");}@Overridepublic void operation4() {System.out.println("D 实现了Interface3 的opernation4");}@Overridepublic void operation5() {System.out.println("D 实现了Interface3 的opernation5");}}
// A类通过接口Interface1,Interface2依赖（使用B类），但是只会用到1，2，3方法
class A {public void depend1(Interface1 i){i.operation1();}public void depend2(Interface2 i){i.operation2();}public void depend3(Interface2 i){i.operation3();}
}// C类通过接口Interface1, Interface3依赖（使用D类），但是只会用到1，4，5方法
class C {public void depend1(Interface1 i){i.operation1();}public void depend4(Interface3 i){i.operation4();}public void depend5(Interface3 i){i.operation5();}
}

执行一下

B 实现了Interface1 的opernation1
B 实现了Interface2 的opernation2
B 实现了Interface2 的opernation3
D 实现了Interface1 的opernation1
D 实现了Interface3 的opernation4
D 实现了Interface3 的opernation5

6.依赖倒转原则

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，细节应该依赖于抽象
依赖倒转（倒置）的中心思想是面向接口编程

设计理念：

相对于细节的多变性，抽象的东西更稳定。以抽象为基础搭建的架构比
以细节为基础的架构稳定。

※在Java中，抽象指的是接口或抽象类，细节值指的是具体的实现类。

使用接口或者抽象类的目的：制定规范，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。

话不多说，上代码。

package inversion;public class DependecyInversion {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubPerson person = new Person();person.receive(new Email());}}class Email {public String getInfo(){return "电子邮件信息：Hello, world";}
}// 完成Person接受消息的功能
class Person {public void receive (Email email) {System.out.println(email.getInfo());}
}

运行一下

电子邮件信息：Hello, world

优点：简单，容易实现。

缺点：如果我们获取的对象是微信，短信等等，需要新增类，person类也要增加相应的方法。

解决方法：

引入一个抽象的接口IReceiver，表示接受者，这样Person类与接口IReceiver发生依赖。

因为Email，微信等消息都属于接受的范围，他们各自实现IReceiver接口，这样就符合依赖倒转原则。

改进后代码：

package inversion.improve;public class DependecyInversion {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubPerson person = new Person();person.receive(new Email());person.receive(new WeiXin());}}// 定义接口‘
interface IRecevicer {public String getInfo();
}
class Email implements IRecevicer{public String getInfo(){return "电子邮件信息：Hello, world";}
}class WeiXin implements IRecevicer{public String getInfo(){return "微信信息：Hello, WeiXin";}
}
class Person {//这里我们依赖的是接口public void receive (IRecevicer IRecevicer) {System.out.println(IRecevicer.getInfo());}
}

运行一下

电子邮件信息：Hello, world
微信信息：Hello, WeiXin

顺便说一下, 依赖关系的3种传递方式：

1.接口传递

package denpendency;public class Denpendency {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stub}}// 开关的接口
interface IOpenAndClose {public void open(ITV tv);
}interface ITV {public void play();
}
//实现接口
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {@Overridepublic void open(ITV tv) {tv.play();}}

2.构造器

package denpendency;public class Denpendency2 {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stub}}// 开关的接口
interface IOpenAndClose {public void open();
}interface ITV {public void play();
}
//实现接口
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {public ITV tv;//成员// 默认构造器public OpenAndClose (ITV tv){this.tv = tv;}@Overridepublic void open() {tv.play();}}

3.setter方法传递

package denpendency;public class Denpendency3 {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stub}}// 开关的接口
interface IOpenAndClose {public void open();public void setTv(ITV tv);
}interface ITV {public void play();
}
//实现接口
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {public ITV tv;//成员@Overridepublic void open() {tv.play();}@Overridepublic void setTv(ITV tv) {this.tv = tv;}}

7.里氏替换原则

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锲约，虽然它不强制要求所有子类必须遵循这些锲约，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。
继承在给子程序带来便利的同时，也带来了弊端，比如使用继承会给程序带来入侵性，程序的可移植性降低，增加对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承，则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障。
问题提出：在编程中，如何正确的使用继承？这就是今天要说的里氏替换原则。

基本介绍：

里氏替换原则是1988年，由麻省理工学院一位姓里的女士提出的。
如果对每个类型为T1的对象o1，都有类型为T2的对象o2，是以T1定义的所有程序p在所有的对象o1都代换成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。换句话来说，所有引用积累的地方必须能透明地使用其子类对象。
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，继承实际上让两个类耦合性争强了，在适当的情况下，可以通过聚合，组合，依赖来解决问题。

话不多说，上代码

package liskov;public class Liskov {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubA a = new A();System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));System.out.println("***********");B b = new B();System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3));System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));System.out.println("11+3-9=" + b.func2(11, 3));}}class A {// 返回俩个数的差public int func1(int num1, int num2) {return num1 - num2;}
}class B extends A {// 返回俩个数的差public int func1(int a, int b) {return a + b;}public int func2(int a, int b) {return func1(a, b) - 9;}
}

执行一下

11-3=8
1-8=-7
***********
11-3=14
1+8=9
11+3-9=5

问题：我们发现原来运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类B无意中重写了父类的方法，造成原有功能出现错误。

在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的复用会比较差。

特别是运行多态比较频繁的时候。

通常的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉。采用依赖，聚合，组合等关系代替。

改进后代码

package liskov.improve;public class Liskov {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubA a = new A();System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));System.out.println("***********");B b = new B();//因为B类不再继承A类，因此调用者，不会再认为func1是求减法//调用完成的功能就会很明确System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));System.out.println("11+3-9=" + b.func2(11, 3));//使用组合仍然可以使用到A类的相关方法System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));}}class Base {}class A extends Base {// 返回俩个数的差public int func1(int num1, int num2) {return num1 - num2;}
}class B extends Base {//如果B类需要使用A类的方法，使用组合关系private A a = new A();// 返回俩个数的差public int func1(int a, int b) {return a + b;}public int func2(int a, int b) {return func1(a, b) - 9;}public int func3(int a, int b) {return this.a.func1(a, b);}
}

执行一下

11-3=8
1-8=-7
***********
11+3=14
1+8=9
11+3-9=5
11-3=8

8.开闭原则

基本介绍

1.开闭原则是编程中最基础，最重要的设计原则

2.一个软件的实体，例如类，模块和函数应该对扩展开发（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。

3.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。

4.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。

话不多说，上代码

package ocp;public class ocp {public static void main(String[] args) {GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();graphicEditor.drawRectangle(new Rectangle());graphicEditor.drawCircle(new Circle());}
}// 这是一个用于绘图的类
class GraphicEditor {public void drawShape(Shape s) {if (s.type == 1) {drawRectangle(s);} else if (s.type == 2) {drawCircle(s);}}public void drawRectangle(Shape r) {System.out.println("画一个矩形");}public void drawCircle(Shape r) {System.out.println("画一个圆形");}
}class Shape {int type;
}class Rectangle extends Shape {Rectangle() {super.type = 1;}
}class Circle extends Shape {Circle() {super.type = 2;}
}

执行一下

画一个矩形
画一个圆形

这种写法优缺点

优点：比较好理解，简单易操作。

缺点：违反了设计模式的ocp原则，即对扩展开放（提供方），对修改关闭（使用方）。即当我们给类增加新功能的时候，尽量不修改代码，或者尽可能少修改代码。

改进思路：把创建Shape类做成抽象类，并提供一个抽象的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继承Shape，并实现draw方法即可。使用方的代码就不需要修改，就满足了开闭原则。

改进后代码

package ocp.improve;public class ocp {public static void main(String[] args) {GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();graphicEditor.drawShape(new Rectangle());graphicEditor.drawShape(new Circle());graphicEditor.drawShape(new Triangle());}
}// 这是一个用于绘图的类
class GraphicEditor {public void drawShape(Shape s) {s.draw();}}//Shape 基类
abstract class Shape {int type;public abstract void draw();
}class Rectangle extends Shape {Rectangle() {super.type = 1;}@Overridepublic void draw() {System.out.println("画一个矩形");}
}class Circle extends Shape {Circle() {super.type = 2;}@Overridepublic void draw() {System.out.println("画一个圆形");}
}
class Triangle extends Shape {Triangle() {super.type = 3;}@Overridepublic void draw() {System.out.println("画一个三角形");}
}

执行一下

画一个矩形
画一个圆形
画一个三角形

9.迪米特法则

基本介绍

1.一个对象应该对其他对象保持最小的了解

2.类与类关系越密切，耦合度越大

3.迪米特法则又叫最小知道原则，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么复杂，都尽量将多级封装在类的内部。对外除了提供public方法，不对外泄露任何消息。

4.迪米特法则还有个更简答的定义：只与直接的朋友通信。

5.直接朋友：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类的内部。

话不多说，上代码

package demeter;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class Demeter1 {public static void main(String[] args) {SchoolEmployee schoolEmployee = new SchoolEmployee();schoolEmployee.printAllEmployee(new CollegeManager());}
}class Employee {private String id;public void setId(String id) {this.id = id;}public String getId() {return id;}
}class CollegeEmploye {private String id;public void setId(String id) {this.id = id;}public String getId() {return id;}
}class CollegeManager {public List<CollegeEmploye> getAllEmployee() {List<CollegeEmploye> list = new ArrayList<CollegeEmploye>();for (int i = 0; i < 10; i++) {CollegeEmploye emp = new CollegeEmploye();emp.setId("学院部员工id = " + i);list.add(emp);}return list;}
}class SchoolEmployee {public List<Employee> getAllEmployee() {List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();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;}void printAllEmployee(CollegeManager sub) {List<CollegeEmploye> list1 = sub.getAllEmployee();System.out.println("-----------分公司员工--------");for (CollegeEmploye e : list1) {System.out.println(e.getId());}List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();System.out.println("-----------总公司员工--------");for (Employee e : list2) {System.out.println(e.getId());}}
}

执行一下

-----------分公司员工--------
学院部员工id = 0
学院部员工id = 1
学院部员工id = 2
学院部员工id = 3
学院部员工id = 4
学院部员工id = 5
学院部员工id = 6
学院部员工id = 7
学院部员工id = 8
学院部员工id = 9
-----------总公司员工--------
学校总部员工id = 0
学校总部员工id = 1
学校总部员工id = 2
学校总部员工id = 3
学校总部员工id = 4

问题：【CollegeEmploye】不是【SchoolManger】
的直接朋友，是以局部变量的方式出现在【SchoolManger】。

按照迪米特法则，应该避免类中出现这样的非直接关系的耦合。

改进后代码

package demeter.improve;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class Demeter2 {public static void main(String[] args) {System.out.println("使用迪米特法则的改进");SchoolEmployee schoolEmployee = new SchoolEmployee();schoolEmployee.printAllEmployee(new CollegeManager());}
}class Employee {private String id;public void setId(String id) {this.id = id;}public String getId() {return id;}
}class CollegeEmploye {private String id;public void setId(String id) {this.id = id;}public String getId() {return id;}
}class CollegeManager {public List<CollegeEmploye> getAllEmployee() {List<CollegeEmploye> list = new ArrayList<CollegeEmploye>();for (int i = 0; i < 10; i++) {CollegeEmploye emp = new CollegeEmploye();emp.setId("学院部员工id = " + i);list.add(emp);}return list;}public void printEmployee () {List<CollegeEmploye> list1 = this.getAllEmployee();System.out.println("-----------分公司员工--------");for (CollegeEmploye e : list1) {System.out.println(e.getId());}}
}class SchoolEmployee {public List<Employee> getAllEmployee() {List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();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;}void printAllEmployee(CollegeManager sub) {sub.printEmployee();List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();System.out.println("-----------总公司员工--------");for (Employee e : list2) {System.out.println(e.getId());}}
}

将【CollegeEmploye】的处理，封装到自己的类中，只提供一个对外的接口就可以了。

执行一下

使用迪米特法则的改进
-----------分公司员工--------
学院部员工id = 0
学院部员工id = 1
学院部员工id = 2
学院部员工id = 3
学院部员工id = 4
学院部员工id = 5
学院部员工id = 6
学院部员工id = 7
学院部员工id = 8
学院部员工id = 9
-----------总公司员工--------
学校总部员工id = 0
学校总部员工id = 1
学校总部员工id = 2
学校总部员工id = 3
学校总部员工id = 4

总结：

1.迪米特法则的核心是降低类之间的耦合。

2.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（对象）之间的都和关系，并不是完全要求没有依赖关系。

10.合成复用原则

基本介绍

原则是尽量使用合成/聚成，而不是使用继承

11.设计原则的核心思想

1.找出应用可能需要变化之处，把他们独立出来，不要和那么不需要变化的代码混在一起。

2.针对接口编程，而不是针对实现编程

3.为了交互对象之间的松耦合设计而努力

完~~