1.UML图

统一建模语言（Unified Modeling Language,UML）是用设计软件的可视化建模语言。它的特点是简单、统一、图形化、能表达软件设计中的动态与静态信息。

UML从目标系统的不同角度出发，定义了用例图、类图、对象图、状态图、活动图、时序图、协作图、构件图、部署图等9种图。

1.1类图概述

类图（Class diagram）是显示了模型的静态结构，特别是模型中存在的类、类的内部结构以及它们与其他类的关系等。类图不显示暂时性的信息。类图是面向对象建模的主要组成部分。

1.2类图的作用

在软件工程中，类图是一种静态的结构图，描述了系统的类的集合，类的属性和类之间的关系，可以简化了人们对系统的理解；
类图是系统分析和设计阶段的重要产物，是系统编码和测试的重要模型。

1.3类图表示法

1.3.1类的表示方法

在UML类图中，类使用包含类名、属性（filed）和方法（method）且带有分割线的矩形来表示，比如下图表示一个Employee类，它包含name,age和address这3个属性，以及work()方法。

属性/方法名称前加的加号和减号表示了这个属性/方法的可见性，UML类图中表示可见性的符号有三种：

+：表示public
-：表示private
#：表示protected
属性的完整表示方式是：可见性名称：类型 [ = 缺省值]

注意：

中括号中的内容表示是可选的

也有将类型放在变量名前面，返回值类型放在方法名前面

举个例子

上图Demo类定义了三个方法：

method()方法：修饰符为public,没有参数，没有返回值。
method1()方法：修饰符为private，没有参数，返回值类型为String
method2()方法：修饰符为protected，接收两个参数，第一个参数类型为int，第二个参数类型为String，返回值类型是int。

1.3.2类与类之间关系的表示方式

1.3.2.1关联关系

关联关系是对象之间的一种引用关系，用于表示一类对象与另一类对象之间的联系，如老师和学生、师傅和徒弟、丈夫和妻子等。关联关系是类与类之间最常用的一种关系，分为一般关联关系、聚合关系和组合关系。我们先介绍一般关联。

关联又可以分为单向关联，双向关联，自关联。
1.单向关联

在UML类图中单向关联用一个带箭头的实线表示。上图表示每个顾客都有一个地址，这通过让Customer类持有一个类型为Address的成员变量类实现。

2.双向关联

从上图中我们很容易看出，所谓的双向关联就是双方各自持有对方类型的成员变量。

在UML类图中，双向关联用一个不带箭头的直线表示。上图在Customer类中维护一个List，表示一个顾客可以购买多个商品；在Product类中维护一个Customer类型的成员变量表示这个产品被哪个顾客所购买

3.自关联

自关联在UML类图中用一个带有箭头且指向自身的线表示。上图的意思就是Node类包含类型为Node的成员变量，也就是“自己包含自己”。

1.3.2.2聚合关系

聚合关系是关联关系的一种，是强关联关系，是整体和部分之间的关系。

聚合关系也是通过成员对象来实现的，其中成员对象是整体对象的一部分，但是成员对象可以脱离整体对象而独立存在。例如，学习与老师的关系，学校包含老师，但如果学校停办了，老师依然存在。

再UML类图中，聚合关系可以用空心菱形的实线来表示，菱形指向整体。下图所示是大学和教师的关系图：

1.3.2.3组合关系

组合表示类之间的整体与部分的关系，但它是一种更强烈的聚合关系

在组合关系中，整体对象可以控制部分对象的生命周期，一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，部分队形不能脱离整体对象而存在。例如，头和嘴的关系，没有了头，嘴也就不存在了。

在UML类图中，组合关系用带实心菱形的实现来表示，菱形指向整体。下图所示是头和嘴的关系图：

1.3.2.4依赖关系

依赖关系是一种使用关系，它是对象之间耦合度最弱的一种关联方式，是临时的关系。在代码中，某个类的方法通过局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用来访问另一个类（被依赖类）中的某些方法来完成一些职责。

在UML类图中，依赖关系使用带箭头的虚线来表示，箭头从使用类指向被依赖的类。下图所示是司机和汽车的关系图，司机驾驶汽车：

1.3.2.5继承关系

继承关系是对象之间耦合度最大的一种关系，表示一般与特殊的关系，是父类与子类之间的关系，是一种继承关系。

在UML类图中，泛化关系用带空心三角箭头的实线来表示，箭头从子类指向父类。在代码实现时，使用面向对象的继承机制来实现泛化关系。例如，Student类和Teacher类都是Person类的子类，其类图如下图所示：

1.3.2.6实现关系

实现关系是接口与实现类之间的关系。在这种关系中，类实现了接口，类中的操作实现了接口中所声明的所有的抽象操作。

在UML类图中，实现关系使用带空心三角箭头的虚线来表示，箭头从实现类指向接口。例如，汽车和船实现了交通工具，其类图如图9所示。

2.软件设计原则

在软件开发中，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。

2.1开闭原则

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时间，不能去修改原有的代码，实现一个热拔插的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。

想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类。

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来的实现类来进行扩展，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就可以了。

下面以搜狗输入法的皮肤为例介绍开闭原则的应用。
【例】搜狗输入法的皮肤设计。
分析：搜狗输入法的皮肤是输入法背景图片、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，而不需要修改原代码，所以它是满足开闭原则的。

2.2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。换句话说，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。

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，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。

下面看一个里氏代换原则中经典的一个例子

【例】正方形不是长方形。
在数学领域里，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，我们开发的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。

代码如下：
长方形类（Rectangle）:

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;}
}

正方形（Square）:
由于正方形的长和宽相同，所以在方法setLength和setWidth中，对长度和宽度都需要赋相同值。

public class Square extends Rectangle {public void setWidth(double width) {super.setLength(width);super.setWidth(width);}public void setLength(double length) {super.setLength(length);super.setWidth(length);}
}

类RectangleDemo是我们的软件系统中的一个组件，它有一个resize方法依赖基类Rectangle，resize方法时RectandleDemo类中的一个方法，用来实现宽度逐渐增长的效果。

public class RectangleDemo {public static void resize(Rectangle rectangle) {while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);}}//打印长方形的长和宽public static void printLengthAndWidth(Rectangle rectangle) {System.out.println(rectangle.getLength());System.out.println(rectangle.getWidth());}public static void main(String[] args) {Rectangle rectangle = new Rectangle();rectangle.setLength(20);rectangle.setWidth(10);resize(rectangle);printLengthAndWidth(rectangle);System.out.println("============");Rectangle rectangle1 = new Square();rectangle1.setLength(10);resize(rectangle1);printLengthAndWidth(rectangle1);}
}

我们运行一个这段代码就会发现，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都在不断增长，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。
我们得出结论：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。

如何改进呢？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类和Squre类实现Quadrilateral接口

2.3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。简单的说就是要求对抽象进行编程，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。

下面看一个例子来理解依赖倒转原则

【例】组装电脑

现要组装一台电脑，需要配件cpu，硬盘，内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常的运行。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。

类图如下：

代码如下：
希捷硬盘类（XijieHardDisk）:

public class XiJieHardDisk implements HardDisk {public void save(String data) {System.out.println("使用希捷硬盘存储数据" + data);}public String get() {System.out.println("使用希捷希捷硬盘取数据");return "数据";}
}

Intel处理器（IntelCpu）:

public class IntelCpu implements Cpu {public void run() {System.out.println("使用Intel处理器");}
}

金士顿内存条（KingStonMemory）:

public class KingstonMemory implements Memory {public void save() {System.out.println("使用金士顿作为内存条");}
}

电脑（Computer）:

public class Computer {private XiJieHardDisk hardDisk;private IntelCpu cpu;private KingstonMemory memory;public IntelCpu getCpu() {return cpu;}public void setCpu(IntelCpu cpu) {this.cpu = cpu;}public KingstonMemory getMemory() {return memory;}public void setMemory(KingstonMemory memory) {this.memory = memory;}public XiJieHardDisk getHardDisk() {return hardDisk;}public void setHardDisk(XiJieHardDisk hardDisk) {this.hardDisk = hardDisk;}public void run() {System.out.println("计算机工作");cpu.run();memory.save();String data = hardDisk.get();System.out.println("从硬盘中获取的数据为：" + data);}
}

测试类(TestComputer):
测试类用来组装电脑。

public class TestComputer {public static void main(String[] args) {Computer computer = new Computer();computer.setHardDisk(new XiJieHardDisk());computer.setCpu(new IntelCpu());computer.setMemory(new KingstonMemory());computer.run();}
}

上面代码可以看到已经组装了一台电脑，但是似乎组装电脑的cpu只能是Interl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。
类图如下：

电脑（Computer）:

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("计算机工作");}
}

面向对象的开发很好的解决了这个问题，一般情况下抽象的变化概率很小，让用户程序依赖于抽象，实现的细节也依赖于抽象。即使实现细节不断变动，只要抽象不变，客户程序就不需要变化。这大大降低了客户程序与实现细节的耦合度。

2.4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该建立在最小的接口上。

下面看一个例子来理解接口隔离原则

【例】安全门案例

我们需要创建一个黑马品牌的安全门，该安全门具有防火、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。类图如下；

上面的设计我们发现了它存在的问题，黑马品牌的安全门具有防盗，防水，防火的功能。现在如果我们还需要再创建一个传智品牌的安全门，而该安全门只具有防盗、防水功能呢？很显然如果实现SagetyDoor接口就违背了接口隔离原则，那么我们如何进行修改呢？看如下类图：

代码如下：
AntiTheft（接口）：

public interface AntiTheft {void antiTheft();
}

Firepoor（接口）：

public interface Fireproof {void fireproof();
}

Waterproof（接口）：

public interface Waterproof {void waterproof();
}

HeiMaSagetyDoor（类）：

public class HeiMaSafetyDoor implements AntiTheft,Fireproof,Waterproof {public void antiTheft() {System.out.println("防盗");}public void fireproof() {System.out.println("防火");}public void waterproof() {System.out.println("防水");}
}

2.5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(Talk only to your immediate friends and not to strangers)。

其含义是：如果两个软件实体无须直接通信，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，这些对象同当前存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。

下面看一个例子来理解迪米特法则

【例】明星与经纪人的关系实例

明星由于全身心投入艺术，所有许多日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝的见面会，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。

类图如下：

代码如下：
明星类（Star）

public class Star {private String name;public Star(String name) {this.name=name;}public String getName() {return name;}
}

粉丝类（Fans）

public class Fans {private String name;public Fans(String name) {this.name=name;}public String getName() {return name;}
}

媒体公司类（Company）

public class Company {private String name;public Company(String name) {this.name=name;}public String getName() {return name;}
}

经纪人类（Agent）

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(fans.getName() + "与明星" + star.getName() + "见面了。");}public void business() {System.out.println(company.getName() + "与明星" + star.getName() + "洽淡业务。");}
}

2.6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。

继承复用虽然有简单的易实现的优点，但它也存在以下缺点：

继承复用破坏了类的封装性。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。
子类与父类的耦合度高。父类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。
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，它有以下优点：

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。
对象间的耦合度底。可以在类的成员位置声明抽象。
复用的灵活性高。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。

下面看一个例子来理解合成复用原则

【例】汽车分类管理程序

汽车按“动力源”划分可分为汽油汽车、电动汽车等；按“颜色”划分可分为白色汽车、黑色汽车和红色汽车等。如果同时考虑这两种分类，其组合就很多。类图如下：

从上面类图我们可以看到使用继承复用产生了很多子类，如果现在又有新的动力源或者新的颜色的话，就需要再定义新的类。我们试着将继承复用改为聚合复用看一下。

注：以上均来自黑马程序员视频【设计模式】中的资料。

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