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：

• 代码重用性（相同功能的代码，不用多次编写）
• 可读性（编程规范性，便于其他程序员的阅读和理解）
• 可扩展性（当需要增加新的功能时，非常的方便，称为可维护性）
• 可靠性（当我们增加新的功能时，对原来的功能没有影响）
• 使程序呈现高内聚、低耦合的特性

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

2、设计模式的七大原则

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

• 单一职责原则
• 接口隔离原则
• 依赖倒转（倒置）原则
• 里氏替换原则
• 开闭原则
• 迪米特法则
• 合成复用原则

1、单一职责原则

对于一个类来说，一个类应该只负责一个职责。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

1、案例说明

以交通工具为例进行说明

1、案例1

public class SingleResponsibility {public static void main(String[] args) {Vehicle vehicle = new Vehicle();vehicle.run("摩托");vehicle.run("汽车");//违反了单一职责原则vehicle.run("飞机");}static class Vehicle{public void run(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在公路上跑！！！");}}
}

分析：

vehicle.run("飞机");

与其他两个交通工具的方式不同，违反了单一职责

解决：根据交通方式的运行方法不同，分解成不同的类即可

2、案例2

public class SingleResponsibility1 {public static void main(String[] args) {RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();roadVehicle.run("汽车");AirVehicle vehicle = new AirVehicle();vehicle.run("飞机");WaterVehicle waterVehicle = new WaterVehicle();waterVehicle.run("船");}static class RoadVehicle{public void run(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在公路上运行！！！");}}static class AirVehicle{public void run(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在天空上运行！！！");}}static class WaterVehicle{public void run(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在水里上运行！！！");}}
}

分析：

案例2遵守了单一职责原则，但这样的改动很大，将类分解，同时也要需要客户端

改进：直接修改Vehicle，改动的代码会比较少==》案例3

3、案例3

public class SingleResponsibility2 {public static void main(String[] args) {Vehicle2 vehicle2 = new Vehicle2();vehicle2.run("汽车");vehicle2.runRir("飞机");vehicle2.runWater("船");}static class Vehicle2{public void run(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在公路上运行！！！");}public void runRir(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在天空上运行！！！");}public void runWater(String vehicle) {System.out.println(vehicle + "在水里上运行！！！");}}
}

分析：

这种修改方法没有改动很大，只是增加了方法。

但类级别上没有遵循单一职责原则，方法级别上遵守单一职责原则

2、注意事项和细节

• 降低类的复杂度，一个类只负责一项职责
• 提高类的可读性，可维护性
• 降低变更引起的风险
• 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

2、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

1、案例说明

类 A 通过接口 Interface1 依赖类 B ，类 C 通过接口 Interface1 依赖类 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 必须去实现他们不需要的方法。

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1、案例1

public class Segregation1 {public static void main(String[] args) {}
}interface interface1{void operation1();void operation2();void operation3();void operation4();void operation5();
}
class B implements interface1{public void operation1() {System.out.println("B 实现了operation1");}public void operation2() {System.out.println("B 实现了operation2");}public void operation3() {System.out.println("B 实现了operation3");}public void operation4() {System.out.println("B 实现了operation4");}public void operation5() {System.out.println("B 实现了operation5");}
}
class D implements interface1{public void operation1() {System.out.println("D 实现了operation1");}public void operation2() {System.out.println("D 实现了operation2");}public void operation3() {System.out.println("D 实现了operation3");}public void operation4() {System.out.println("D 实现了operation4");}public void operation5() {System.out.println("D 实现了operation5");}
}
class A { /**A 类通过接口Interface1 依赖(使用) B 类，但是只会用到1,2,3 方法*/public void depend1(interface1 i) {i.operation1();}public void depend2(interface1 i) {i.operation2();}public void depend3(interface1 i) {i.operation3();}
}
class C {/**C 类通过接口Interface1 依赖(使用) D 类，但是只会用到1,4,5 方法*/public void depend1(interface1 i) {i.operation1();}public void depend4(interface1 i) {i.operation4();}public void depend5(interface1 i) {i.operation5();}
}

分析：

类 A 通过接口 Interface1 依赖类 B ，类 C 通过接口 Interface1 依赖类 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 必须去实现他们不需要的方法。

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。也就是采用接口隔离原则

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2、案例2

public class Segregation2 {public static void main(String[] args) {A a = new A();a.depend1(new B());a.depend2(new B());a.depend3(new B());//C类通过接口去依赖D类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,Interface3{public void operation1() {System.out.println("B 实现了operation1");}public void operation2() {System.out.println("B 实现了operation2");}public void operation3() {System.out.println("B 实现了operation3");}public void operation4() {System.out.println("B 实现了operation4");}public void operation5() {System.out.println("B 实现了operation5");}
}class D implements Interface1 ,Interface2,Interface3{public void operation1() {System.out.println("D 实现了operation1");}public void operation2() {System.out.println("D 实现了operation2");}public void operation3() {System.out.println("D 实现了operation3");}public void operation4() {System.out.println("D 实现了operation4");}public void operation5() {System.out.println("D 实现了operation5");}
}class A { /**A 类通过接口Interface1 依赖(使用) B 类，但是只会用到1,2,3 方法*/public void depend1(Interface1 i) {i.operation1();}public void depend2(Interface2 i) {i.operation2();}public void depend3(Interface2 i) {i.operation3();}
}class C {/**C 类通过接口Interface1 依赖(使用) D 类，但是只会用到1,4,5 方法*/public void depend1(Interface1 i) {i.operation1();}public void depend4(Interface3 i) {i.operation4();}public void depend5(Interface3 i) {i.operation5();}
}

3、依赖倒转原则

依赖倒转原则Dependence Inversion Principle 是指：

• 高层模块不应该依赖低层模块，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，抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建的架构要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。

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，把展现的细节的任务交给他们的实现类去完成

1、案例说明

Person完成接收消息

1、案例1

public class DependenceInversion {public static void main(String[] args) {Person person = new Person();person.receive(new Email());}static class Email{public String getInfo(){return "发送成功！";}}static class Person{public void receive(Email email){System.out.println(email.getInfo());}}
}

分析：

案例1是比较简单，很容易想到的

如果我们获取的对象是微信或者QQ等消息，则需要新增类，同时Person也要增加相应的方法。

解决思路：引入一个抽象的接口IReceive，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

2、案例2

public class DependenceInversion {public static void main(String[] args) {Person person = new Person();person.receive(new Email());person.receive(new WeChat());}static class Email implements IReceive{public String getInfo(){return "发送成功！";}}static class WeChat implements IReceive{public String getInfo(){return "WeChat发送成功！";}}interface IReceive{public String getInfo();}static class Person {public void receive(IReceive iReceive){System.out.println(iReceive.getInfo());}}
}

2、依赖关系传递的三种方式

1、接口传递

public class DependencyPassByInterface {public static void main(String[] args) {HuaWei huaWei = new HuaWei();TvOpen iTvOpen = new TvOpen();iTvOpen.open(huaWei);}interface ITv{public void play();}interface ITvOpen{public void open(ITv iTv);}static class HuaWei implements ITv{public void play() {System.out.println("鸿蒙电视牛逼！");}}static class TvOpen implements ITvOpen{public void open(ITv iTv) {iTv.play();}}
}

2、构造方法传递

public class DependencyPassByConstructor {public static void main(String[] args) {HuaWei huaWei = new HuaWei();TvOpen tvOpen = new TvOpen(huaWei);tvOpen.open();}interface ITv{public void play();}interface ITvOpen{public void open();}static class HuaWei implements ITv{public void play() {System.out.println("鸿蒙电视牛逼！");}}static class TvOpen implements ITvOpen{public ITv iTv;public TvOpen(ITv iTv){this.iTv = iTv;}public void open() {this.iTv.play();}}
}

3、setter方法传递

public class DependencyPassBySetter {public static void main(String[] args) {HuaWei huaWei = new HuaWei();TvOpen tvOpen = new TvOpen();tvOpen.setTv(huaWei);tvOpen.open();}interface ITv{public void play();}interface ITvOpen{public void open();public void setTv(ITv iTv);}static class HuaWei implements ITv{public void play() {System.out.println("鸿蒙电视牛逼！");}}static class TvOpen implements ITvOpen{public ITv iTv;public void setTv(ITv iTv) {this.iTv = iTv;}public void open() {this.iTv.play();}}
}

3、注意事项和细节

• 底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

• 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

• 继承时遵循里氏替换原则

4、里氏替换原则

1、OO中的继承性的思考和说明

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 。

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。

问题提出：在编程中，如何正确的使用继承 ? => 里氏替换原则

2、基本介绍

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 。

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 。

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。

3、案例说明

1、案例1

public class Liskov {public static void main(String[] args) {A a = new A();System.out.println("10 - 4 = " + a.fun1(10, 4));B b = new B();System.out.println("10 - 4 = " + b.fun1(10, 4));System.out.println("11 + 3 = " + b.fun2(11, 3));}
}class A{public int fun1(int a, int b){return a - b;}
}class B extends A{//类B继承类A 重写了fun1方法@Overridepublic int fun1(int a, int b){return a + b;}public int fun2(int a, int b){return a - b;}
}

分析：

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性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候

通用的做法是：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.

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2、案例2

public class Liskov {public static void main(String[] args) {A a = new A();System.out.println("10 - 4 = " + a.fun1(10, 4));B b = new B();System.out.println("10 - 4 = " + b.fun1(10, 4));System.out.println("10 - 4 = " + b.fun3(10, 4));}
}class Base{//把更加基础的方法和成员写到Base 类
}
class A extends Base{public int fun1(int a, int b){return a - b;}
}class B extends Base{private A a = new A();public int fun1(int a, int b){return a + b;}public int fun2(int a, int b){return a - b;}/*** 调用A类的方法* @param a* @param b* @return*/public int fun3(int a, int b){return this.a.fun1(a, b);}
}

5、开闭原则

开闭原则（ Open Closed Principle 是编程中最基础、最重要的设计原则

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。

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。

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。

1、案例说明

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1、案例1

public class Ocp {public static void main(String[] args) {GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();graphicEditor.drawRectangle(new Rectangle());graphicEditor.drawRectangle(new CieCle());}}class GraphicEditor{public void drawShape(Shape s){if (s.type == 1){drawCieCle(s);}else if(s.type == 2){drawRectangle(s);}}public void drawRectangle(Shape r){System.out.println("绘制矩形");}public void drawCieCle(Shape r){System.out.println("绘制圆形");}
}class Shape{int type;
}
class Rectangle extends Shape{Rectangle(){super.type = 1;}
}
class CieCle extends Shape{CieCle(){super.type = 2;}
}

分析：

优点是比较好理解，简单易操作

缺点是违反了设计模式的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.

比如我们这时要新增加一个图形种类三角形，我们需要做如下修改，修改的地方较多

改进的思路：

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，这样有新的图形种类时，只需要让新的图形继承Shape，并实现draw方法即可，使用方的代码就不需要修改，满足开闭原则

2、案例2

public class Ocp {public static void main(String[] args) {GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();graphicEditor.drawShape(new CieCle());graphicEditor.drawShape(new Rectangle());graphicEditor.drawShape(new Triangle());}}class GraphicEditor{public void drawShape(Shape s){s.draw();}
}abstract class Shape{int type;public abstract void draw();
}class Rectangle extends Shape{Rectangle(){super.type = 1;}@Overridepublic void draw() {System.out.println("绘制矩形");}
}class CieCle extends Shape{CieCle(){super.type = 2;}@Overridepublic void draw() {System.out.println("绘制圆形");}
}class Triangle extends Shape{Triangle(){super.type = 3;}@Overridepublic void draw() {System.out.println("绘制三角形");}
}

6、迪米特原则

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

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、案例说明

1、案例1

public class Demeter1 {public static void main(String[] args) {//创建了一个SchoolManager 对象SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();//输出学院的员工id 和学校总部的员工信息schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());}
}
//学校总部员工类
class Employee {private String id;public void setId(String id) {this.id = id;}public String getId() {return id;}
}
//学院的员工类
class CollegeEmployee {private String id;public void setId(String id) {this.id = id;}public String getId() {return id;}
}/*** 管理学院员工的管理类*/
class CollegeManager {/*** 返回学院的所有员工* @return*/public List getAllEmployee() {List list = new ArrayList();//这里我们增加了10 个员工到listfor (int i = 0; i < 10; i++) {CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();emp.setId("学院员工id= " + i);list.add(emp);}return list;}
}
//分析SchoolManager 类的直接朋友类有哪些Employee、CollegeManager
//CollegeEmployee 不是直接朋友而是一个陌生类，这样违背了迪米特法则
class SchoolManager {//返回学校总部的员工public List getAllEmployee() {List list = new ArrayList();for (int i = 0; i < 5; i++) { //这里我们增加了5 个员工到listEmployee emp = new Employee();emp.setId("学校总部员工id= " + i);list.add(emp);}return list;}//该方法完成输出学校总部和学院员工信息(id)void printAllEmployee(CollegeManager sub) {//分析问题//1. 这里的CollegeEmployee 不是SchoolManager 的直接朋友//2. CollegeEmployee 是以局部变量方式出现在SchoolManager//3. 违反了迪米特法则//获取到学院员工List list1 = sub.getAllEmployee();System.out.println("------------学院员工------------");for (CollegeEmployee e : list1) {System.out.println(e.getId());}//获取到学校总部员工List list2 = this.getAllEmployee();System.out.println("------------学校总部员工------------");for (Employee e : list2) {System.out.println(e.getId());}}
}

分析：

前面设计的问题在于SchoolManager 中，CollegeEmployee 类并不是SchoolManager 类的直接朋友(分析)

按照迪米特法则，应该避免类中出现这样非直接朋友关系的耦合

对代码按照迪米特法则进行改进

2、案例2

public class Demeter {public static void main(String[] args) {System.out.println("~~~使用迪米特法则的改进~~~");//创建了一个SchoolManager 对象SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();//输出学院的员工id 和学校总部的员工信息schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());}
}
//学校总部员工类
class Employee {private String id;public void setId(String id) {this.id = id;}public String getId() {return id;}
}
//学院的员工类
class CollegeEmployee {private String id;public void setId(String id) {this.id = id;}public String getId() {return id;}
}
//管理学院员工的管理类
class CollegeManager {//返回学院的所有员工public List getAllEmployee() {List list = new ArrayList();for (int i = 0; i < 10; i++) { //这里我们增加了10 个员工到listCollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();emp.setId("学院员工id= " + i);list.add(emp);}return list;}//输出学院员工的信息public void printEmployee() {
//获取到学院员工List list1 = getAllEmployee();System.out.println("------------学院员工------------");for (CollegeEmployee e : list1) {System.out.println(e.getId());}}
}
//学校管理类
//分析SchoolManager 类的直接朋友类有哪些Employee、CollegeManager
//CollegeEmployee 不是直接朋友而是一个陌生类，这样违背了迪米特法则
class SchoolManager {//返回学校总部的员工public List getAllEmployee() {List list = new ArrayList();for (int i = 0; i < 5; i++) { //这里我们增加了5 个员工到listEmployee emp = new Employee();emp.setId("学校总部员工id= " + i);list.add(emp);}return list;}//该方法完成输出学校总部和学院员工信息(id)void printAllEmployee(CollegeManager sub) {
//分析问题
//1. 将输出学院的员工方法，封装到CollegeManagersub.printEmployee();
//获取到学校总部员工List list2 = this.getAllEmployee();System.out.println("------------学校总部员工------------");for (Employee e : list2) {System.out.println(e.getId());}}
}

3、注意事项和细节

迪米特法则的核心是降低类之间的耦合

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

7、合成复用原则

原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承

3、设计模式的核心思想

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