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。

Java内功心法之设计模式学习(一)_第1张图片

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

Java内功心法之设计模式学习(一)_第2张图片

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:
Java内功心法之设计模式学习(一)_第3张图片

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);

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