Java设计模式--------面向对象七大设计原则

逃离我推掉我的手 2024-04-29 11:05 82阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

前言

一、单一职责原则

二、开闭原则

三.接口隔离原则

什么是接口隔离原则

接口隔离原则分析

四.里氏替换原则

继承

为什么需要里氏替换原则

注意事项

小结

五.依赖倒置原则

小结

六.迪米特法则

什么是迪米特法则

迪米特法则的模式与意义

小结

七.合成复用原则

合成复用原则的定义

实现

小结

总结

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## 前言 ##

例如：随着计算机的不断发展，程序学习这门技术也越来越重要，很多人都开启了学习java编程学习，本文就介绍了Java编程学习的七大基本原则。

**面向对象设计原则一共有七个：**[开闭原则][Link 1]、里氏替换原则、依赖倒转原则、单一职责原则、接口隔离原则、组合/聚合复用原则、迪米特法则。

下面就仔细来介绍一下这些原则

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`提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考`

## 一、单一职责原则 ##

对类来说，就是一个类应该只负责一项职责，这就是单一职责原则。

如果你有多个动机去修改一个类，那么这个类就有多个职责。这可能比较难理解，因为我们通常把一组职责放在一起思考。下面来看一个具体的例子。下面是一个 bird（调制解调器或者叫猫）的接口,以愤怒的小鸟为例来

package com.oop.day12;
    
    /**
     * 以愤怒的小鸟游戏为li
     */
    public interface Bird {
        void attack1();
        void attack2();
        void cry1();
        void cry2();
    }

上面这个猫的接口中存在两个职责：第一个是攻击方式（attack1和attack2）;第二个是攻击时的叫声（cry1和cry2）。这两个职责应该被分开，因为 ：

1.  它们没有共同点，而且通常会因为不同的原因被修改；
2.  调用它们的代码通常属于应用的不同部分，而这部分代码也会因为不同的原因被修改。

下面是优化之后的

![2b4fe0bd8dae453a81bca65cb456b4a8.png][]

通过拆分猫的接口，我们可以在应用的其他部分将猫的设计分开来对待。虽然我们又在猫的实现中（Bird Implementation）将这两部分职责重新耦合在一起，但是除了初始化猫的代码以外，在使用面向接口编程的原则后，其他代码并不需要依赖于猫的实现。

SRP 是最简单的一个面向对象设计原则，但也是最难做正确的一个，因为我们习惯于将职责合并，而不是将它们分开来。找到并且拆分这些职责正是软件设计真正需要做的事情。

#### **单一职责原则例子** ####

package com.oop.day12;
    
    public class Animal {
            public static void main(String[] args) {
                RoadAnimal roadAnimal = new RoadAnimal();
                //输出： 老虎 在森林里跑
                roadAnimal.run("老虎");
                //输出： 狮子 在森林上跑
                roadAnimal.run("摩托车");
               SeaAnimal seaAnimal = new SeaAnimal();
                //输出： 鲨鱼 在海洋里游
                seaAnimal.run("鲨鱼");
            }
        }
    
        // 陆地动物
        class RoadAnimal {
            public void run(String animal){
                System.out.println(animal + " 在公路上跑");
            }
        }
    
        //海洋动物
        class SeaAnimal {
            public void run(String animal){
                System.out.println(animal + " 在天上跑");
            }
        }

#### **小结** ####

**核心思想：**应该有且仅有一个原因引起类的变更

**好处：**类的复杂度降低、可读性提高、可维护性提高、扩展性提高、降低了变更引起的风险。

**需注意：**单一职责原则提出了一个编写程序的标准，用“职责”或“变化原因”来衡量接口或类设计得是否优良，但是“职责”和“变化原因”都是不可以度量的，因项目和环境而异。

## 二、开闭原则 ##

###  ###

开闭原则的英文是 Open Closed Principle，缩写为 OCP。

开闭原则说的是：**软件实体（模块、类、函数等等）应该对扩展是开放的，对修改是关闭的**。

*  对扩展是开放的，意味着软件实体的行为是可扩展的，当需求变更的时候，可以对模块进行扩展，使其满足需求变更的要求。
 *  对修改是关闭的，意味着当对软件实体进行扩展的时候，不需要改动当前的软件实体；不需要修改代码；对于已经完成的类文件不需要重新编辑；对于已经编译打包好的模块，不需要再重新编译。

两者结合起来表述为：添加一个新的功能应该是，在已有代码基础上扩展代码（新增模块、类、方法等），而非修改已有代码（修改模块、类、方法等）。

最简单的就是利用抽象类，将方法定义为抽象方法，然后在后代中重写方法，来进行单继承多实现。

**示例：员工回家乘坐的交通方式**

public abstract class Tools {
        /**
         * 抽象方法型行驶
         */
        public abstract void run();
    
    }

package com.oop.day10;
    
    public class Bike extends Tools {
        @Override
        public void run(){
            System.out.println("下班的人努力蹬三蹦子回家");
        }
    }

package com.oop.day10;
    
    public class Bus extends Tools{
        @Override
        public void run(){
            System.out.println("下班的人挤公交车回家");
        }
    }

package com.oop.day10;
    /**
     * @authorDesc 诸神在上，佑我程序，玄功护体，BUG皆去！
     * @author 
     * @date 2022-11-04 10:34:34
     * @version 1.0.0
     * @description 员工类
     */
    public class Employee {
        private String name;
    
        public Employee() {
        }
    
        public Employee(String name) {
            this.name = name;
        }
        /**
         * 乘坐交通工具回家
         */
        public void goHome(Tools tools){
            System.out.println(this.name + "准备回家");
            tools.run();
        }
    }

package com.oop.day10;
    
    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            Employee emp1 = new Employee("马云");
            Employee emp2 = new Employee("马化腾");
    
            Tools tools1 = new Bike();
            Tools tools2 = new Bus();
    
            emp1.goHome(tools1);
            emp2.goHome(tools2);
        }
    }

#### 小结 ####

**核心思想：**尽量通过扩展软件实体来解决需求变化，而不是通过修改已有的代码来完成变化。**例如就同过抽象类来解决这个问题**

**通俗来讲：**一个软件产品在生命周期内，都会发生变化，既然变化是一个既定的事实，我们就应该在设计的时候尽量适应这些变化，以提高项目的稳定性和灵活性。

## 三.接口隔离原则 ##

#### 什么是接口隔离原则 ####

接口对于Java开发者来说都不陌生，它几乎存在于每一个Java程序中，是抽象的代名词。在讲接口隔离原则之前，先说说接口，接口分为以下两种：

*  **实例接口（Object Interface)）**  
    在 Java 中声明一个类，然后用 new 关键字产生一个实例，是对一个类型的事物的描述，这就是一种接口。或许我们乍一看会有点懵，怎么和我们原来学习的接口不一样呢，其实我们这样想，我们都知道，在 Java 中有一个 Class 类，表示正在运行的类和接口，换句话说每一个正在运行时的类或接口都是 Class 类的对象，这是一种向上的抽象。接口是一种更为抽象的定义，类是一类相同事物的描述集合，那为什么不可以抽象为一个接口呢？
 *  **类接口（Class Interface）**  
    这就是我们经常使用的用 interface 定义的接口

这里插一句，接口隔离原则中所说的接口并不是狭意的在 Java 中用 interface 定义的接口，而是一种更为宽泛的概念，可以是接口，抽象类或者实体类。

#### 接口隔离原则分析 ####

接口隔离原则是指使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口。每一个接口应该承担一种相对独立角色，不多不少，不干不该干的事，该干的事都要干。

1.一个接口就只代表一个角色，每个角色都有它特定的一个接口，此时这个原则可以叫做“角色隔离原则”。

2.接口仅仅提供客户端需要的行为，即所需的方法，客户端不需要的行为则隐藏起来，应当为客户端提供尽可能小的单独的接口，而不要提供大的总接口

3.使用接口隔离原则拆分接口时，首先必须满足单一职责原则，将一组相关的操作定义在一个接口中，且在满足高内聚的前提下，接口中的方法越少越好。

4.可以在进行系统设计时采用定制服务的方式，即为不同的客户端提供宽窄不同的接口，只提供用户需要的行为，而隐藏用户不需要的行为。

一旦一个接口太大，则需要将它，分割成一些更细小的接口，使用该接口的客户端需知道与之相关的方法即可。

![e6ed8823de6d4587ae33a65cf81663eb.png][]

设计存在问题：接口承担了太多职责

导致该接口的实现类很庞大，实现类中都需要实现接口所有方法，灵活性较差，如果出现大量的空方法，将导致系统中产生大量的无用代码，影响代码质量；

由于客户端针对大接口编程，将在一定程度上破坏程序的封装性，客户端看到了不应该看到的方法，没有为客户端定制接口。

因此需要按照接口隔离原则和单一职责原则进行重构。将其中的一些方法封装在不同的小的接口中，确保每一个接口使用起来都较为方便，并都承担某一单一角色，每个接口中只包含一个客户端（如模块和类）所需的方法即可。

**优化后：**

![13723c4d8058449f9befd26639348d46.png][]

## 四.里氏替换原则 ##

\*里氏替换原则：\*\*所有引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。也就是说子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有功能。

**透明使用的关键就是，子类不能改变父类原有功能。**

里氏替换原则由 Barbara Liskov 提出，这个原则很明显，Java 的多态或者 C++ 的虚函数本身就允许把指向基类的指针或引用，在调用其方法或函数的时候，调用实际类型的方法或函数。

里氏替换原则的内容可以描述为： “**派生类（子类）对象可以在程式中代替其基类（超类）对象。**”

#### 继承 ####

**优点**

1.  提高代码的重用性，子类拥有父类的方法和属性。
2.  提高代码的可扩展性，子类可形似于父类，但异于父类，保留自我的特性。

**缺点（侵入性、不够灵活、高耦合）**

1.  继承是侵入性的，只要继承就必须拥有父类的所有方法和属性，在一定程度上约束了子类，降低了代码的灵活性。
2.  增加了耦合，当父类的常量、变量或者方法被修改了，需要考虑子类的修改，所以一旦父类有了变动，很可能会造成非常糟糕的结果，要重构大量的代码。

#### 为什么需要里氏替换原则 ####

任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。里氏替换原则是继承复用的基石，只有当衍生类可以替换基类，软件单位的功能不受到影响时，即基类随便怎么改动子类都不受此影响，那么基类才能真正被复用。

**因为继承带来的侵入性，增加了耦合性，也降低了代码灵活性，父类修改代码，子类也会受到影响，此时就需要里氏替换原则。**

![205df606fb754d60996812f5fa55b6cf.png][]

我们来看一个简单的例子：Circle 和 Square 继承了基类 Shape，然后在应用的方法中，根据输入 Shape 对象类型进行判断，根据对象类型选择不同的绘图函数将图形画出来。

void drawShape(Shape shape) {
    
        if (shape.type == Shape.Circle ) {
            drawCircle((Circle) shape);
        } else if (shape.type == Shape.Square) {
            drawSquare((Square) shape);
        } else {
            ……
        }
    }

这种写法的代码既常见又糟糕，它同时违反了开闭原则和里氏替换原则。

*  首先看到这样的 if/else 代码，就可以判断违反了（我们刚刚在上个部分讲过的）开闭原则：当增加新的 Shape 类型的时候，必须修改这个方法，增加 else if 代码。
 *  其次也因为同样的原因违反了里氏替换原则：当增加新的 Shape 类型的时候，如果没有修改这个方法，没有增加 else if 代码，那么这个新类型就无法替换基类 Shape。

要解决这个问题其实也很简单，只需要在基类 Shape 中定义 draw 方法，所有 Shape 的子类，Circle、Square 都实现这个方法就可以了：

public abstract Shape{
      public abstract void draw();
    }

上面那段 drawShape() 代码也就可以变得更简单：

void drawShape(Shape shape) {
      shape.draw();
    }

#### 注意事项 ####

*  子类必须实现父类的抽象方法，但不得重写（覆盖）父类的非抽象（已实现）方法。
 *  子类中可以增加自己特有的方法。
 *  当子类覆盖或实现父类的方法时，方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松。
 *  当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格。

#### 小结 ####

**核心思想：**在使用基类的的地方可以任意使用其子类，能保证子类完美替换基类。

**通俗来讲：**只要父类能出现的地方子类就能出现。反之，父类则未必能胜任。

**好处：**增强程序的健壮性，即使增加了子类，原有的子类还可以继续运行。

需注意：如果子类不能完整地实现父类的方法，或者父类的某些方法在子类中已经发生“畸变”，则建议断开父子继承关系 采用依赖、聚合、组合等关系代替继承。

## 五.依赖倒置原则 ##

依赖倒置原则的英文是 Dependency Inversion Principle，缩写为 DIP。依赖倒置原则说的是：**高层模块不依赖低层模块，它们共同依赖同一个抽象，这个抽象接口通常是由高层模块定义，低层模块实现**。**同时抽象不要依赖具体实现细节，具体实现细节依赖抽象。高层模块就是调用端，低层模块就是具体实现类，抽象就是指接口或抽象类，细节就是实现类**。

**依赖倒置原则：**

1.  高层模块不应该依赖底层模块，二者都应该依赖其抽象。（高层理解为吃动作，底层理解为面包等具体食物）
2.  抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。
3.  依赖倒置的中心思想就是**面向接口编程**。

**在继承时要遵循里氏替换原则。**

错误示例：

class DependencyInversionTest {
        public static void main(String[] args) {
            Person person = new Person();
            person.receive(new Email());
        }
    }
    
    //电子邮箱类
    class Email{
        public String getInfo(){
            return "获得电子邮件信息";
        }
    }
    
    //完成Person接受消息的功能
    //缺点：如果要接受消息的对象是 微信类、短信类，就得增加相应的方法。
    class Person{
        public void receive(Email email){
            System.out.println(email.getInfo());
        }
    }
    ————————————————
    版权声明：本文为CSDN博主「做不秃头的程序员」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
    原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_41804870/article/details/109132932

解决示例：

引入一个抽象的接口IReceiver，表示接收者，这样Person类就只与接口发送依赖

class DependencyInversionTest {
        public static void main(String[] args) {
            Person person = new Person();
            person.receive(new Email());
            person.receive(new Wechat());
        }
    }
    
    interface IReceiver{
        String getInfo();
    }
    
    //电子邮箱类
    class Email implements IReceiver{
        public String getInfo(){
            return "获得电子邮件信息";
        }
    }
    
    //微信类
    class Wechat implements IReceiver{
        @Override
        public String getInfo() {
            return "获得微信信息";
        }
    }
    
    //完成Person接受消息的功能
    class Person{
        //这样就不需要每添加一个消息对象就写相应的方法
        public void receive(IReceiver receiver){
            System.out.println(receiver.getInfo());
        }
    }
    ————————————————
    版权声明：本文为CSDN博主「做不秃头的程序员」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
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上面的示例是基于接口实现的，下面的示例是基于构造函数来实现的：

class DependencyInversionTest {
        public static void main(String[] args) {
            Person person = new Person(new Email());
            person.receive();
            person = new Person(new Wechat());
            person.receive();
        }
    }
    
    interface IReceiver{
        String getInfo();
    }
    
    //电子邮箱类
    class Email implements IReceiver{
        public String getInfo(){
            return "获得电子邮件信息";
        }
    }
    
    //微信类
    class Wechat implements IReceiver{
        @Override
        public String getInfo() {
            return "获得微信信息";
        }
    }
    
    //完成Person接受消息的功能
    class Person{
        private IReceiver iReceiver;
    
        public Person(IReceiver iReceiver) {
            this.iReceiver = iReceiver;
        }
    
        public void receive(){
            System.out.println(iReceiver.getInfo());
        }
    }
    ————————————————
    版权声明：本文为CSDN博主「做不秃头的程序员」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
    原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_41804870/article/details/109132932

下面的示例是基于setter方法来实现：

class DependencyInversionTest {
        public static void main(String[] args) {
            Person person = new Person();
            person.setiReceiver(new Email());
            person.receive();
            person.setiReceiver(new Wechat());
            person.receive();
        }
    }
    
    interface IReceiver{
        String getInfo();
    }
    
    //电子邮箱类
    class Email implements IReceiver{
        public String getInfo(){
            return "获得电子邮件信息";
        }
    }
    
    //微信类
    class Wechat implements IReceiver{
        @Override
        public String getInfo() {
            return "获得微信信息";
        }
    }
    
    //完成Person接受消息的功能
    class Person{
        private IReceiver iReceiver;
    
        public void setiReceiver(IReceiver iReceiver) {
            this.iReceiver = iReceiver;
        }
    
        public void receive(){
            System.out.println(iReceiver.getInfo());
        }
    }
    ————————————————
    版权声明：本文为CSDN博主「做不秃头的程序员」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
    原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_41804870/article/details/109132932

#### 小结 ####

**核心思想：**高层模块不应该依赖底层模块，二者都该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节；细节应该依赖抽象；

**通俗来讲：**依赖倒置原则的本质就是通过抽象（接口或抽象类）使各个类或模块的实现彼此独立，互不影响，实现模块间的松耦合。

**好处：**依赖倒置的好处在小型项目中很难体现出来。但在大中型项目中可以减少需求变化引起的工作量。使并行开发更友好。

## 六.迪米特法则 ##

#### 什么是迪米特法则 ####

迪米特法则（Law of Demeter ）又叫做最少知识原则，也就是说，一个对象应当对其他对象尽可能少的了解。不和陌生人说话。英文简写为: LoD。

迪米特法则最初是用来作为面向对象的系统设计风格的一种法则，于1987年秋天由 lan holland 在美国东北大学为一个叫做迪米特的项目设计提出的。

#### 迪米特法则的模式与意义 ####

迪米特法则可以简单说成：talk only to your immediate friends。

对于OOD来说，又被解释为下面几种方式：

一个软件实体应当尽可能少的与其他实体发生相互作用。每一个软件单位对其他的单位都只有最少的知识，而且局限于那些与本单位密切相关的软件单位。

迪米特法则的初衷在于降低类之间的耦合。由于每个类尽量减少对其他类的依赖，因此，很容易使得系统的功能模块功能独立，相互之间不存在（或很少有）依赖关系。

迪米特法则不希望类之间建立直接的联系。如果真的有需要建立联系，也希望能通过它的友元类来转达。因此，应用迪米特法则有可能造成的一个后果就是：**系统中存在大量的中介类，这些类之所以存在完全是为了传递类之间的相互调用关系——这在一定程度上增**  
**加了系统的复杂度。**

**狭义的迪米特法则**

如果两个类不必彼此直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作用。如果其中一个类需要调用另一类的某一个方法的话，可以通过第三者转发这个调用。

这么看不太形象，我们来举个例子，和陌生人说话，甲和朋友认识，朋友和陌生人认识，而甲和陌生人不认识，这时甲可以直接和朋友说话，朋友可以直接和陌生人说话，而如果甲想和陌生人说话，就必须通过朋友

![818afdc5f64f47538cc785718284d89c.png][]

这种方式，甲和陌生人之间就没有了任何直接联系，这样就避免了甲和陌生人的耦合度过高。当然还有一种更好的方式，与依赖倒转原则结合，为陌生人创建一个接口。

![7e76bb72263a47c2babba4f01aa34415.png][]

这样的方式，和甲直接通信的是陌生人的抽象父类，和具体陌生人没有直接关系，所以符合迪米特法则。

#### 小结 ####

**缺点**

1.  在系统里造出大量的小方法，这些方法仅仅是传递间接的调用，与系统的商务逻辑无关。
2.  遵循类之间的迪米特法则会是一个系统的局部设计简化，因为每一个局部都不会和远距离的对象有直接的关联。但是，这也会造成系统的不同模块之间的通信效率降低，也会使系统的不同模块之间不容易协调。

**应用实例**

1.  **外观模式**
2.  **中介者模式**

## 七.合成复用原则 ##

#### **合成复用原则的定义** ####

合成复用原则（Composite Reuse Principle，CRP）又叫组合/聚合复用原则（Composition/Aggregate Reuse Principle，CARP）。它要求在软件复用时，要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。

如果要使用继承关系，则必须严格遵循里氏替换原则。合成复用原则同里氏替换原则相辅相成的，两者都是开闭原则的具体实现规范。

#### 实现 ####

合成复用原则是通过将已有的对象纳入新对象中，作为新对象的成员对象来实现的，新对象可以调用已有对象的功能，从而达到复用。

下面以汽车分类管理程序为例来介绍合成复用原则的应用。

分析：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。下图所示是用继承关系实现的汽车分类的类图。

原则是尽量使用合成/聚合的方式。而不是使用继承。

![71bc441e28a145afaaabea1c84186ed4.png][]

### 小结 ###

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和易实现的优点，但它也存在以下缺点。

1.  **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。
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，这不利于类的扩展与维护。
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，它有以下优点。

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.  **新旧类之间的耦合度低**。这种复用所需的依赖较少，新对象存取成分对象的唯一方法是通过成分对象的接口。
3.  **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。

**参考文章**

参考文链接：https://blog.csdn.net/weixin\_41804870/article/details/109132932

[Java-面向对象设计七大基本原则 - 知乎][Java-_ -]

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## 总结 ##

例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了**面向对象设计原则一共有七个：**[开闭原则][Link 1]、里氏替换原则、依赖倒转原则、单一职责原则、接口隔离原则、组合/聚合复用原则、迪米特法则。举出了大量的实例

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[Link 1]: https://so.csdn.net/so/search?q=%E5%BC%80%E9%97%AD%E5%8E%9F%E5%88%99&spm=1001.2101.3001.7020
[2b4fe0bd8dae453a81bca65cb456b4a8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/29/b4b742321dd34fc29c3fefae10fd57ff.png
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