Java内功心法之设计模式学习(一）

一、设计模式七大原则

1、设计模式的目的

编写软件过程中，程序员面临着来自 耦合性，内聚性以及可维护性，可扩展性，重用性，灵活性 等多方面的挑战，设计模式是为了让程序(软件)，具有更好

• 1) 代码重用性 (即：相同功能的代码，不用多次编写)
• 2) 可读性 (即：编程规范性, 便于其他程序员的阅读和理解)
• 3) 可扩展性 (即：当需要增加新的功能时，非常的方便，称为可维护)
• 4) 可靠性 (即：当我们增加新的功能后，对原来的功能没有影响)
• 5) 使程序呈现高内聚，低耦合的特性分享金句：
• 6) 设计模式包含了面向对象的精髓，“懂了设计模式，你就懂了面向对象分析和设计（OOA/D）的精要”
• 7) Scott Mayers 在其巨著《Effective C++》就曾经说过：C++老手和 C++新手的区别就是前者手背上有很多伤疤

2、设计模式七大原则

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

➢设计模式常用的七大原则有:

• 1、单一职责原则
• 2、接口隔离原则
• 3、依赖倒转原则
• 4、里氏替换原则
• 5、开闭原则 ocp
• 6、迪米特法则
• 7、合成复用原则

2.1 单一职责原则

对类来说的，即一个类应该只负责一项职责。如类 A 负责两个不同职责：职责 1，职责 2。当职责 1 需求变更而改变 A 时，可能造成职责 2 执行错误，所以需要将类 A 的粒度分解为 A1，A2。

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

2.2 接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

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

2.3 依赖倒转原则

依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)是指：

• 1) 高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象
• 2) 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
• 3) 依赖倒转(倒置)的中心思想是面向接口编程
• 4) 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
• 5) 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。

示例

方案1，普通示例（未使用依赖倒转）：

package com.atguigu.principle.inversion;

public class DependecyInversion {

   public static void main(String[] args) { 
   Person person = new Person(); 
   person.receive(new Email());
}

}

class Email {
   public String getInfo() {
     return "电子邮件信息: hello,world";
   }
}

//完成 Person 接收消息的功能
//方式 1 分析
//1. 简单，比较容易想到
//2. 如果我们获取的对象是 微信，短信等等，则新增类，同时 Perons 也要增加相应的接收方法
//3. 解决思路：引入一个抽象的接口 IReceiver, 表示接收者, 这样 Person 类与接口 IReceiver 发生依赖
//    因为 Email, WeiXin 等等属于接收的范围，他们各自实现 IReceiver 接口就 ok,  这样我们就符号依赖倒转原则
class Person {
   public void receive(Email email ) { 
     System.out.println(email.getInfo());
   }
}
 

实现方案2（依赖倒转）

package com.atguigu.principle.inversion.improve;

public class DependecyInversion {

public static void main(String[] args) {

  //客户端无需改变
  Person person = new Person();
  person.receive(new Email());

  person.receive(new WeiXin());
}

}

//定义接口
interface IReceiver { 
    public String getInfo();
}

class Email implements IReceiver { 
   public String getInfo() {
     return "电子邮件信息: hello,world";
}
}
 

//增加微信
class WeiXin implements IReceiver { 
   public String getInfo() {
     return "微信信息: hello,ok";
   }
}

//方式 2
class Person {
//这里我们是对接口的依赖
public void receive(IReceiver receiver ) {  
   System.out.println(receiver.getInfo());
}
}

依赖倒转原则的注意事项和细节:
1) 低层模块尽量都要有抽象类或接口，或者两者都有，程序稳定性更好.
2) 变量的声明类型尽量是抽象类或接口, 这样我们的变量引用和实际对象间，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和优化
3) 继承时遵循里氏替换原则

2.4 里氏替换原则

2.4.1 OO 中的继承性的思考和说明

1) 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循这些契约，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。

2) 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

3) 问题提出：在编程中，如何正确的使用继承? => 里氏替换原则

2.4.2 基本介绍

1) 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)在 1988 年，由麻省理工学院的以为姓里的女士提出的。
2) 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。换句话说，所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

3) 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
4) 里氏替换原则告诉我们，继承实际上让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。

2.5 开闭原则

2.5.1 基本介绍

1) 开闭原则（Open Closed Principle）是编程中最基础、最重要的设计原则
2) 一个软件实体如类，模块和函数应该对扩展开放(对提供方)，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) 编程中遵循其它原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。

2.6 迪米特法则

2.6.1 基本介绍

1) 一个对象应该对其他对象保持最少的了解
2) 类与类关系越密切，耦合度越大
3) 迪米特法则(Demeter Principle)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么复杂，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
4) 迪米特法则还有个更简单的定义：只与直接的朋友通信

5) 直接的朋友：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。

2.6.2 迪米特法则注意事项和细节

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间(对象间)耦合关系， 并不是要求完全没有依赖关系

2.7 合成复用原则（Composite Reuse Principle）

2.7.1 基本介绍

原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

3、设计原则核心思想

• 1) 找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些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

二、UML类图

1 UML 基本介绍

• 1) UML——Unified modeling language UML (统一建模语言)，是一种用于软件系统分析和设计的语言工具，它用于帮助软件开发人员进行思考和记录思路的结果
• 2) UML 本身是一套符号的规定，就像数学符号和化学符号一样，这些符号用于描述软件模型中的各个元素和他们之间的关系，比如类、接口、实现、泛化、依赖、组合、聚合等，如右图

在UML类图中，常见的有以下几种关系: 泛化（Generalization）, 实现（Realization），关联（Association)，聚合（Aggregation），组合(Composition)，依赖(Dependency)

先看看UML图的基本关系表示:

关系说明：

• 继承关系(Generalization)；
• 实现关系(Realization)；
• 依赖关系(Dependency)；
• 关联关系(Association)；
• 有方向的关联(DirectedAssociation)；
• 聚合关系(Aggregation)；
• 组合关系(Composition)；

2、类图工具

类图工具推荐： StartUML

StartUML下载地址

UML用法：StarUML画类图步骤

3、类图简单实用

3.1 准备工作

• 进入StarUML，新建一个empty project
• 修改文件名、模块名，在模块中新建一个package，package中新建一个ClassDiagram，建好后如下图所示：

3.2 开始画接口

• 选择左侧侧边栏上的interface，在画布上点击，修改名称为product，如下所示

选中接口，将棒棒糖样式接口改成两层矩形样式：

01 | 如何显示interfaces关键字

对其进行选择，按下图所示进行修改：

修改后的样式：

02 | 矩形框中显示方法
如下图所示，取消勾选supper operration：

修改完成后的样式：

或者可以使用快捷键：CTRL+SHIFT+1,CTRL+SHIFT+O直接让圆圈变为矩形。

测试案例：

04 | 导出java代码

如果没有在StarUML中配置过java的，在tools中是没有选项的，可以通过tools–extension Manager，找到java，选择install，然后安装完成重启就有了。

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