Java设计模式第一章（软件设计原则）（学习笔记）

3.1软件设计原则

为什么要有软件设计原则：在软件开发过程中，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，程序员要尽量根据6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。

3.2开闭原则

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行扩展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热拔插的效果（在不修改原有代码的基础上能自由的给系统添加新的模块），简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。

如何达到开闭原则的要求？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出来的实现类进行扩展，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即可。

以搜狗输入法的皮肤为例介绍开闭原则的应用

案例分析：搜狗输入法的皮肤使输入法背景图片、窗口颜色和声音等元素的组合。用户可以根据自己的喜爱更换自己的输入法的皮肤，也可以从网上下载新的皮肤。这些皮肤有共同的特点，可以为其定义一个抽象类（AbstractSkin），而每个具体的皮肤（DefaultSpecificSkin和HeimaSpecificSkin）是其子类，用户窗体可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改源代码，所以它是满足开闭原则的。

案例的Java代码具体实现

抽象皮肤类

public abstract class AbstractSkin {//显示的方法public abstract void display();
}

继承抽象皮肤的两个具体类，默认皮肤和我的皮肤

public class DefaultSkin extends AbstractSkin{@Overridepublic void display() {System.out.println("默认皮肤的显示方法");}
}

public class MySkin extends AbstractSkin{@Overridepublic void display() {System.out.println("自定义皮肤的显示方法");}
}

SougouInput类

public class SougouInput {private AbstractSkin skin;public void setSkin(AbstractSkin skin) {this.skin = skin;}public void display(){skin.display();}
}

Client客户端

public class Client {public static void main(String[] args) {//1、创建搜狗输入法对象SougouInput input=new SougouInput();//2、创建默认皮肤对象DefaultSkin skin=new DefaultSkin();//3、将皮肤设置为默认皮肤并展示方法input.setSkin(skin);input.display();//4、创建自己的皮肤，并设置，并展示方法MySkin mySkin=new MySkin();input.setSkin(mySkin);input.display();}
}

终端输出结果

默认皮肤的显示方法
自定义皮肤的显示方法Process finished with exit code 0

3.3里氏代换原则

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。

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。通俗的讲：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。

为什么尽量不要重写父类的方法完成新的功能？因为虽然重写父类的方法增加新的功能这样写很简单，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。

举个栗子

正方形不是长方形

在数学领域中，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，开发一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承长方形。

案例具体的Java代码实现

public class Rectangle {private double length;private double width;public double getLength() {return length;}public void setLength(double length) {this.length = length;}public double getWidth() {return width;}public void setWidth(double width) {this.width = width;}
}public class Square extends Rectangle{@Overridepublic void setLength(double length) {super.setLength(length);super.setWidth(length);}@Overridepublic void setWidth(double width) {super.setWidth(width);super.setLength(width);}
}public class RectangleDemo {public static void main(String[] args) {//创建长方形对象Rectangle r=new Rectangle();//设置长和宽r.setWidth(10);r.setLength(20);//调用resize方法resize(r);printLengthAndWidth(r);System.out.println("------");//创建正方形对象Square s=new Square();s.setLength(10);resize(s);printLengthAndWidth(s);}//扩展方法public static void resize(Rectangle rectangle){//判断宽如果比长小，进行扩宽操作while (rectangle.getWidth()<=rectangle.getLength()){//如果没有+1会一直在循环体中无法跳出rectangle.setWidth(rectangle.getWidth()+1);}}//打印长和宽public static void printLengthAndWidth(Rectangle rectangle){System.out.println("长："+rectangle.getLength());System.out.println("宽："+rectangle.getWidth());}
}

运行一下这段代码就会发现，假如我们把一个普通长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度，代码就会停止，这种行为的结果符合我们的预期；假如我们再把一个正方形作为参数传入resize方法后，就会看到正方形的宽度和长度在不断增长，代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。所以普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。

结论：在resize方法中，Rectangle类型的参数是不能被Square类型的参数所代替，如果进行了替换就得不到预期的结果，因此Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏代换原则，它们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形。

对上面的错误进行改进，此时我们需要重新设计它们之间的关系，抽象出来一个四边形接口（Quadrilateral），让Rectangle和Square实现Quadrilateral接口

具体实现的Java代码

//四边形接口
public interface Quadrilateral {double getLength();double getWidth();
}public class Square implements Quadrilateral{private double side;public double getSide() {return side;}public void setSide(double side) {this.side = side;}@Overridepublic double getLength() {return this.side;}@Overridepublic double getWidth() {return this.side;}
}public class Rectangle implements Quadrilateral{private double length;private double width;public void setLength(double length) {this.length = length;}public void setWidth(double width) {this.width = width;}@Overridepublic double getLength() {return this.length;}@Overridepublic double getWidth() {return this.width;}
}public class RectangleDemo {public static void main(String[] args) {Rectangle r=new Rectangle();r.setLength(20);r.setWidth(10);resize(r);printLengthAndWidth(r);}public static void resize(Rectangle rectangle){while(rectangle.getWidth()<=rectangle.getLength()){rectangle.setWidth(rectangle.getLength()+1);}}public static void printLengthAndWidth(Quadrilateral quadrilateral){System.out.println(quadrilateral.getLength());System.out.println(quadrilateral.getWidth());}
}结果
20.0
21.0Process finished with exit code 0

3.4依赖倒转原则

高层模块不应该依赖底层模块，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。简单地说就是要对抽象进行编程，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。

例子：组装电脑，组装一台电脑，需要配件cpu、硬盘、内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常地运行。选择cpu有很多选择，如Intel、AMD等，硬盘可以选择希捷，西数等，内存条可以选择金士顿、海盗船等。

public class XiJieHardDisk {public void save(String data){System.out.println("使用希捷影片那存储数据为"+data);}public String get(){System.out.println("使用希捷硬盘接受数据");return "数据";}
}public class KingstinMemory {public void save(){System.out.println("使用金士顿内存条");}
}public class IntelCpu {public void run(){System.out.println("使用Intel处理器");}
}public class Computer {private XiJieHardDisk hardDisk;private IntelCpu cpu;private KingstinMemory memory;public XiJieHardDisk getHardDisk() {return hardDisk;}public void setHardDisk(XiJieHardDisk hardDisk) {this.hardDisk = hardDisk;}public IntelCpu getCpu() {return cpu;}public void setCpu(IntelCpu cpu) {this.cpu = cpu;}public KingstinMemory getMemory() {return memory;}public void setMemory(KingstinMemory memory) {this.memory = memory;}public void run(){System.out.println("运行");String data = hardDisk.get();System.out.println("从硬盘上获取的数据是："+data);cpu.run();memory.save();}
}public class ComputerDemo {public static void main(String[] args) {XiJieHardDisk hardDisk=new XiJieHardDisk();IntelCpu cpu=new IntelCpu();KingstinMemory memory=new KingstinMemory();Computer c=new Computer();c.setCpu(cpu);c.setHardDisk(hardDisk);c.setMemory(memory);c.run();}
}结果
运行
使用希捷硬盘接受数据
从硬盘上获取的数据是：数据
使用Intel处理器
使用金士顿内存条Process finished with exit code 0

上面代码可以看到已经组装了一台电脑，但是似乎组装的电脑的cpu只能是Intel的，内存条只能是金士顿的，硬盘只能是希捷的，这对用户肯定是不友好的，用户有了机箱肯定是想按照自己的喜好，选择自己喜欢的配件。

根据依赖倒转原则进行改进

代码我们只需要修改Computer类，让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖于各个组件具体的实现类。

改进后的Java代码是

public interface HardDisk {public void save(String date);public String get();
}
public class XiJieHardDisk implements HardDisk{public void save(String data){System.out.println("使用希捷影片那存储数据为"+data);}public String get(){System.out.println("使用希捷硬盘接受数据");return "数据";}
}
public interface Cpu {public void run();
}
public class IntelCpu implements Cpu{public void run(){System.out.println("使用Intel处理器");}
}public interface Memory {public void save();
}
public class KingstinMemory implements Memory{public void save(){System.out.println("使用金士顿内存条");}
}
public class Computer {private HardDisk hardDisk;private Cpu cpu;private Memory memory;public HardDisk getHardDisk() {return hardDisk;}public void setHardDisk(HardDisk hardDisk) {this.hardDisk = hardDisk;}public Cpu getCpu() {return cpu;}public void setCpu(Cpu cpu) {this.cpu = cpu;}public Memory getMemory() {return memory;}public void setMemory(Memory memory) {this.memory = memory;}public void run(){System.out.println("运行");String data = hardDisk.get();System.out.println("从硬盘上获取的数据是："+data);cpu.run();memory.save();}
}
public class ComputerDemo {public static void main(String[] args) {HardDisk hardDisk=new XiJieHardDisk();Memory memory=new KingstinMemory();Cpu cpu=new IntelCpu();Computer computer=new Computer();computer.setHardDisk(hardDisk);computer.setCpu(cpu);computer.setMemory(memory);computer.run();}
}
结果
运行
使用希捷硬盘接受数据
从硬盘上获取的数据是：数据
使用Intel处理器
使用金士顿内存条Process finished with exit code 0

3.5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建立在最小的接口上。

例子：安全门例子

一个安全门具有防火、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。

从上面的类图中发现这种设计存在问题，安全门具有防盗、防水、防火的功能。吐过还需要创建另一个安全门，而该安全门只具有防盗、防水功能呢？如果实现了SafetyDoor接口就违背了接口隔离原则，所以我们进行改进。

具体实现的Java代码

public interface AntiTheft {void antiTheft();
}public interface FireProof {void fireProof();
}public interface WaterProof {void waterProof();
}public class SafetyDoor implements AntiTheft,FireProof,WaterProof{@Overridepublic void antiTheft() {System.out.println("防盗");}@Overridepublic void fireProof() {System.out.println("防火");}@Overridepublic void waterProof() {System.out.println("防水");}
}public class SafetyDoorDemo {public static void main(String[] args) {SafetyDoor safetyDoor=new SafetyDoor();safetyDoor.antiTheft();safetyDoor.waterProof();safetyDoor.fireProof();}
}结果
防盗
防水
防火Process finished with exit code 0

3.6迪米特法则

迪米特法则又叫最少知识原则。（只和你的直接朋友交谈，不跟”陌生人“说话）

其含义是：如果两个软件实体无必须直接通信，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”朋友“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。

例子：明星与经纪人的关系实例

明星由于全身心投入艺术，所以许多日常事务由经纪人负责处理，如何粉丝的见面会，和媒体公司的业务洽谈等，这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则。

具体的Java代码实现

public class Star {private String name;public Star(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}
}public class Fans {private String name;public String getName() {return name;}public Fans(String name) {this.name = name;}
}public class Company {private String name;public String getName() {return name;}public Company(String name) {this.name = name;}
}public class Agent {private Star star;private Fans fans;private Company company;public void setStar(Star star) {this.star = star;}public void setFans(Fans fans) {this.fans = fans;}public void setCompany(Company company) {this.company = company;}public void meeting(){System.out.println(star.getName()+"和粉丝"+fans.getName()+"见面");}public void business(){System.out.println(star.getName()+"和公司"+company.getName()+"商务合作");}
}public class AgentDemo {public static void main(String[] args) {Star star=new Star("刘德华");Fans fans=new Fans("张三");Company company=new Company("阿里巴巴");Agent agent=new Agent();agent.setStar(star);agent.setFans(fans);agent.setCompany(company);agent.meeting();agent.business();}
}
结果
刘德华和粉丝张三见面
刘德华和公司阿里巴巴商务合作Process finished with exit code 0

3.7合成复用原则

合成复用原则是指：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。

继承复用虽然由简单和易实现的优点，但它也存在一些缺点。

继承复用的缺点

1、继承复用破化了类的封装性，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，这不利于类的扩展和维护。

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，它具有的优点

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、对象的间的耦合度低，可以在类的成员位置声明抽象。

3、服用的灵活性高，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。

例子：汽车分类管理系统

汽车按”动力源“可划分为汽油汽车、电动汽车；按”颜色“划分为白色汽车、黑色汽车和红色汽车。如果同时考虑这两种分类，其组合就很多，如果我们使用合成复用

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