設計模式---七大原則

設計分爲三種類型，共23種：

設計模式原則，其實就是程序員在編程時，應當遵守的原則，也是各種設計模式的基礎(即：設計模式爲什麼這樣設計的依據)。

一. 設計模式常用的七大原則

單一職責原則
接口隔離原則
依賴倒轉(倒置)原則
里氏替換原則
開閉原則
迪米特法則
合成複用原則

二. 單一職責原則(Single Responsibility Principle)
對類來說的，即一個類應該只負責一項職責。如類A負責兩個不同職責：職責1，職責2。當職責1需求變更而改變A時，可能造成職責2執行錯誤，所以需要將類A的粒度分解爲A1，A2。

違反單一職責原則代碼示例：

public class SingleResponsibility1 {

	public static void main(String[] args) {
		Vehicle vehicle = new Vehicle();
		vehicle.run("摩托車");
		vehicle.run("汽車");
		vehicle.run("飛機");
	}
}

// 交通工具類
// 方式1
// 1. 在方式1 的run方法中，違反了單一職責原則
// 2. 解決的方案非常的簡單，根據交通工具運行方法不同，分解成不同類即可
class Vehicle {
	public void run(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + " 在公路上運行....");
	}
}

改進版本1

public class SingleResponsibility2 {

	public static void main(String[] args) {
		RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
		roadVehicle.run("摩托車");
		roadVehicle.run("汽車");
		
		AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
		airVehicle.run("飛機");
	}
}

//方案2的分析
//1. 遵守單一職責原則
//2. 但是這樣做的改動很大，即將類分解，同時修改客戶端
//3. 改進：直接修改Vehicle 類，改動的代碼會比較少=>方案3
class RoadVehicle {
	public void run(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + "公路運行");
	}
}

class AirVehicle {
	public void run(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + "天空運行");
	}
}

改進版本2

public class SingleResponsibility3 {

	public static void main(String[] args) {
		Vehicle2 vehicle2  = new Vehicle2();
		vehicle2.run("汽車");
		vehicle2.runWater("輪船");
		vehicle2.runAir("飛機");
	}
}

//方式3的分析
//1. 這種修改方法沒有對原來的類做大的修改，只是增加方法
//2. 這裏雖然沒有在類這個級別上遵守單一職責原則，但是在方法級別上，仍然是遵守單一職責
class Vehicle2 {
	public void run(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + " 在公路上運行....");	
	}
	
	public void runAir(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + " 在天空上運行....");
	}
	
	public void runWater(String vehicle) {
		System.out.println(vehicle + " 在水中行....");
	}
}

單一職責原則注意事項和細節

降低類的複雜度，一個類只負責一項職責。
提高類的可讀性，可維護性
降低變更引起的風險
通常情況下，我們應當遵守單一職責原則，只有邏輯足夠簡單，纔可以在代碼級違反單一職責原則；只有類中方法數量足夠少，可以在方法級別保持單一職責

三. 接口隔離原則(Interface Segregation Principle)
客戶端不應該依賴它不需要的接口，即一個類對另一個類的依賴應該建立在最小的接口上。

違反接口隔離原則示例

類A通過接口Interface1依賴類B，類C通過接口Interface1依賴類D，如果接口Interface1對於類A和類C來說不是最小接口，那麼類B和類D必須去實現他們不需要的方法。
按隔離原則應當這樣處理：將接口Interface1拆分爲獨立的幾個接口，類A和類C分別與他們需要的接口建立依賴關係。也就是採用接口隔離原則
改進版本

類A通過接口Interface1依賴類B，類C通過接口Interface1依賴類D，如果接口Interface1對於類A和類C來說不是最小接口，那麼類B和類D必須去實現他們不需要的方法
將接口Interface1拆分爲獨立的幾個接口，類A和類C分別與他們需要的接口建立依賴關係。也就是採用接口隔離原則
接口Interface1中出現的方法，根據實際情況拆分爲三個接口

四. 依賴倒轉原則(Dependence Inversion Principle)

高層模塊不應該依賴低層模塊，二者都應該依賴其抽象
抽象不應該依賴細節，細節應該依賴抽象
依賴倒轉(倒置)的中心思想是面向接口編程
依賴倒轉原則是基於這樣的設計理念：相對於細節的多變性，抽象的東西要穩定的多。以抽象爲基礎搭建的架構比以細節爲基礎的架構要穩定的多。在java中，抽象指的是接口或抽象類，細節就是具體的實現類
使用接口或抽象類的目的是制定好規範，而不涉及任何具體的操作，把展現細節的任務交給他們的實現類去完成

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

class Email {
	public String getInfo() {
		return "電子郵件信息: hello,world";
	}
}

//完成Person接收消息的功能
//方式1分析
//1. 簡單，比較容易想到
//2. 如果我們獲取的對象是 微信，短信等等，則新增類，同時Perons也要增加相應的接收方法
//3. 解決思路：引入一個抽象的接口IReceiver, 表示接收者, 這樣Person類與接口IReceiver發生依賴
//   因爲Email, WeiXin 等等屬於接收的範圍，他們各自實現IReceiver 接口就ok, 這樣我們就符合依賴倒轉原則
class Person {
	public void receive(Email email) {
		System.out.println(email.getInfo());
	}
}

改進版本

public class DependecyInversion {
	public static void main(String[] args) {
		//客戶端無需改變
		Person person = new Person();
		person.receive(new Email());
		person.receive(new WeiXin());
	}
}

//定義接口
interface IReceiver {
	String getInfo();
}

class Email implements IReceiver {
	public String getInfo() {
		return "電子郵件信息: 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 {
	//這裏我們是對接口的依賴
	public void receive(IReceiver receiver ) {
		System.out.println(receiver.getInfo());
	}
}

依賴關係傳遞的三種方式和應用案例

接口傳遞
構造方法傳遞
setter方式傳遞

public class DependencyPass {
	public static void main(String[] args) {
		ChangHong changHong = new ChangHong();
//		OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
//		openAndClose.open(changHong);
		
		//通過構造器進行依賴傳遞
//		OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose(changHong);
//		openAndClose.open();
		//通過setter方法進行依賴傳遞
		OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
		openAndClose.setTv(changHong);
		openAndClose.open();
	}
}

// 方式1： 通過接口傳遞實現依賴
// 開關的接口
// interface IOpenAndClose {
// public void open(ITV tv); //抽象方法,接收接口
// }
//
// interface ITV { //ITV接口
// public void play();
// }
// 
// class ChangHong implements ITV {
//
//	@Override
//	public void play() {
//		System.out.println("長虹電視機，打開");
//	}
//	 
// }
//// 實現接口
// class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
// public void open(ITV tv){
// tv.play();
// }
// }

// 方式2: 通過構造方法依賴傳遞
// interface IOpenAndClose {
// public void open(); //抽象方法
// }
// interface ITV { //ITV接口
// public void play();
// }
// class OpenAndClose implements IOpenAndClose{
// public ITV tv; //成員
// public OpenAndClose(ITV tv){ //構造器
// this.tv = tv;
// }
// public void open(){
// this.tv.play();
// }
// }


// 方式3 , 通過setter方法傳遞
interface IOpenAndClose {
	void open(); // 抽象方法
	void setTv(ITV tv);
}

interface ITV { // ITV接口
	void play();
}

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
	private ITV tv;
	public void setTv(ITV tv) {
		this.tv = tv;
	}

	public void open() {
		this.tv.play();
	}
}

class ChangHong implements ITV {
	@Override
	public void play() {
		System.out.println("長虹電視機，打開");
	}
}

依賴倒轉原則的注意事項和細節

低層模塊儘量都要有抽象類或接口，或者兩者都有，程序穩定性更好.
變量的聲明類型儘量是抽象類或接口, 這樣我們的變量引用和實際對象間，就存在一個緩衝層，利於程序擴展和優化
繼承時遵循里氏替換原則

五. 里氏替換原則

OO中的繼承性的思考和說明

繼承包含這樣一層含義：父類中凡是已經實現好的方法，實際上是在設定規範和契約，雖然它不強制要求所有的子類必須遵循這些契約，但是如果子類對這些已經實現的方法任意修改，就會對整個繼承體系造成破壞。
繼承在給程序設計帶來便利的同時，也帶來了弊端。比如使用繼承會給程序帶來侵入性，程序的可移植性降低，增加對象間的耦合性，如果一個類被其他的類所繼承，則當這個類需要修改時，必須考慮到所有的子類，並且父類修改後，所有涉及到子類的功能都有可能產生故障。
問題提出：在編程中，如何正確的使用繼承? => 里氏替換原則

里氏替換原則基本介紹

里氏替換原則(Liskov Substitution Principle)在1988年，由麻省理工學院的一位姓裏的女士提出的。
如果對每個類型爲T1的對象o1，都有類型爲T2的對象o2，使得以T1定義的所有程序P在所有的對象o1都代換成o2時，程序P的行爲沒有發生變化，那麼類型T2是類型T1的子類型。換句話說，所有引用基類的地方必須能透明地使用其子類的對象。
在使用繼承時，遵循里氏替換原則，在子類中儘量不要重寫父類的方法。
里氏替換原則告訴我們，繼承實際上讓兩個類耦合性增強了，在適當的情況下，可以通過聚合，組合，依賴來解決問題。

我們發現原來運行正常的相減功能發生了錯誤。原因就是類B無意中重寫了父類的方法，造成原有功能出現錯誤。在實際編程中，我們常常會通過重寫父類的方法完成新的功能，這樣寫起來雖然簡單，但整個繼承體系的複用性會比較差。特別是運行多態比較頻繁的時候。
通用的做法是：原來的父類和子類都繼承一個更通俗的基類，原有的繼承關係去掉，採用依賴，聚合，組合等關係代替。

改進版本

package com.atguigu.principle.liskov.improve;

public class Liskov {
	public static void main(String[] args) {
		A a = new A();
		System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
		System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));

		System.out.println("-----------------------");
		B b = new B();
		//因爲B類不再繼承A類，因此調用者，不會再func1是求減法
		//調用完成的功能就會很明確
		System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));//這裏本意是求出11+3
		System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));// 1+8
		System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
		//使用組合仍然可以使用到A類相關方法
		System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));// 這裏本意是求出11-3
	}
}

//創建一個更加基礎的基類
class Base {
	//把更加基礎的方法和成員寫到Base類
}

// A類
class A extends Base {
	// 返回兩個數的差
	public int func1(int num1, int num2) {
		return num1 - num2;
	}
}

// B類繼承了A
// 增加了一個新功能：完成兩個數相加,然後和9求和
class B extends Base {
	//如果B需要使用A類的方法,使用組合關係
	private A a = new A();
	
	//這裏，重寫了A類的方法, 可能是無意識
	public int func1(int a, int b) {
		return a + b;
	}

	public int func2(int a, int b) {
		return func1(a, b) + 9;
	}
	
	//我們仍然想使用A的方法
	public int func3(int a, int b) {
		return this.a.func1(a, b);
	}
}

六. 開閉原則

開閉原則（Open Closed Principle）是編程中最基礎、最重要的設計原則
一個軟件實體如類，模塊和函數應該對擴展開放(對提供方)，對修改關閉(對使用方)。用抽象構建框架，用實現擴展細節。
當軟件需要變化時，儘量通過擴展軟件實體的行爲來實現變化，而不是通過修改已有的代碼來實現變化。
編程中遵循其它原則，以及使用設計模式的目的就是遵循開閉原則。

違反開閉原則代碼示例

public class Ocp {
	public static void main(String[] args) {
		//使用看看存在的問題
		GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
		graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
		graphicEditor.drawShape(new Circle());
		graphicEditor.drawShape(new Triangle());
	}
}

//這是一個用於繪圖的類 [使用方]
class GraphicEditor {
	//接收Shape對象，然後根據type，來繪製不同的圖形
	public void drawShape(Shape s) {
		if (s.m_type == 1)
			drawRectangle(s);
		else if (s.m_type == 2)
			drawCircle(s);
		else if (s.m_type == 3)
			drawTriangle(s);
	}
	//繪製矩形
	public void drawRectangle(Shape r) {
		System.out.println(" 繪製矩形 ");
	}
	//繪製圓形
	public void drawCircle(Shape r) {
		System.out.println(" 繪製圓形 ");
	}
	//繪製三角形
	public void drawTriangle(Shape r) {
		System.out.println(" 繪製三角形 ");
	}
}

//Shape類，基類
class Shape {
	int m_type;
}

class Rectangle extends Shape {
	Rectangle() {
		super.m_type = 1;
	}
}

class Circle extends Shape {
	Circle() {
		super.m_type = 2;
	}
}

//新增畫三角形
class Triangle extends Shape {
	Triangle() {
		super.m_type = 3;
	}
}

優缺點:

優點是比較好理解，簡單易操作。
缺點是違反了設計模式的ocp原則，即對擴展開放(提供方)，對修改關閉(使用方)。
即當我們給類增加新功能的時候，儘量不修改代碼，或者儘可能少修改代碼。
比如我們這時要新增加一個圖形種類三角形，修改的地方較多。

改進版本
思路：把創建Shape類做成抽象類，並提供一個抽象的draw方法，讓子類去實現即可，這樣我們有新的圖形種類時，只需要讓新的圖形類繼承Shape，並實現draw方法即可，使用方的代碼就不需要修 -> 滿足了開閉原則

public class Ocp {
	public static void main(String[] args) {
		GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
		graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
		graphicEditor.drawShape(new Circle());
		graphicEditor.drawShape(new Triangle());
		graphicEditor.drawShape(new OtherGraphic());
	}
}

//這是一個用於繪圖的類 [使用方]
class GraphicEditor {
	//接收Shape對象，調用draw方法
	public void drawShape(Shape s) {
		s.draw();
	}
}

//Shape類，基類
abstract class Shape {
	int m_type;
	public abstract void draw();//抽象方法
}

class Rectangle extends Shape {
	Rectangle() {
		super.m_type = 1;
	}

	@Override
	public void draw() {
		System.out.println(" 繪製矩形 ");
	}
}

class Circle extends Shape {
	Circle() {
		super.m_type = 2;
	}
	@Override
	public void draw() {
		System.out.println(" 繪製圓形 ");
	}
}

//新增畫三角形
class Triangle extends Shape {
	Triangle() {
		super.m_type = 3;
	}
	@Override
	public void draw() {
		System.out.println(" 繪製三角形 ");
	}
}

//新增一個圖形
class OtherGraphic extends Shape {
	OtherGraphic() {
		super.m_type = 4;
	}

	@Override
	public void draw() {
		System.out.println(" 繪製其它圖形 ");
	}
}

七. 迪米特法則

一個對象應該對其他對象保持最少的瞭解
類與類關係越密切，耦合度越大
迪米特法則(Demeter Principle)又叫最少知道原則，即一個類對自己依賴的類知道的越少越好。也就是說，對於被依賴的類不管多麼複雜，都儘量將邏輯封裝在類的內部。對外除了提供的public 方法，不對外泄露任何信息。
迪米特法則還有個更簡單的定義：只與直接的朋友通信
直接的朋友：每個對象都會與其他對象有耦合關係，只要兩個對象之間有耦合關係，我們就說這兩個對象之間是朋友關係。耦合的方式很多，依賴，關聯，組合，聚合等。其中，我們稱出現成員變量，方法參數，方法返回值中的類爲直接的朋友，而出現在局部變量中的類不是直接的朋友。也就是說，陌生的類最好不要以局部變量的形式出現在類的內部。

違反迪米特法則代碼示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//客戶端
public class Demeter1 {
	public static void main(String[] args) {
		//創建了一個 SchoolManager 對象
		SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
		//輸出學院的員工id 和  學校總部的員工信息
		schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
	}
}

//學校總部員工類
class Employee {
	private String id;
	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}
	public String getId() {
		return id;
	}
}

//學院的員工類
class CollegeEmployee {
	private String id;
	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}
	public String getId() {
		return id;
	}
}

//管理學院員工的管理類
class CollegeManager {
	//返回學院的所有員工
	public List<CollegeEmployee> getAllEmployee() {
		List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<>();
		for (int i = 0; i < 10; i++) { //這裏我們增加了10個員工到 list
			CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
			emp.setId("學院員工id= " + i);
			list.add(emp);
		}
		return list;
	}
}

//學校管理類
//分析 SchoolManager 類的直接朋友類有哪些 Employee、CollegeManager
//CollegeEmployee 不是 直接朋友 而是一個陌生類，這樣違背了 迪米特法則 
class SchoolManager {
	//返回學校總部的員工
	public List<Employee> getAllEmployee() {
		List<Employee> list = new ArrayList<>();
		for (int i = 0; i < 5; i++) { //這裏我們增加了5個員工到 list
			Employee emp = new Employee();
			emp.setId("學校總部員工id= " + i);
			list.add(emp);
		}
		return list;
	}

	//該方法完成輸出學校總部和學院員工信息(id)
	void printAllEmployee(CollegeManager sub) {
		//分析問題
		//1. 這裏的 CollegeEmployee 不是  SchoolManager的直接朋友
		//2. CollegeEmployee 是以局部變量方式出現在 SchoolManager
		//3. 違反了 迪米特法則 
		//獲取到學院員工
		List<CollegeEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
		System.out.println("------------學院員工------------");
		for (CollegeEmployee e : list1) {
			System.out.println(e.getId());
		}
		//獲取到學校總部員工
		List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
		System.out.println("------------學校總部員工------------");
		for (Employee e : list2) {
			System.out.println(e.getId());
		}
	}
}

改進版本

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//客戶端
public class Demeter1 {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("~~~使用迪米特法則的改進~~~");
		//創建了一個 SchoolManager 對象
		SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
		//輸出學院的員工id 和  學校總部的員工信息
		schoolManager.printAllEmployee(new CollegeManager());
	}
}

//學校總部員工類
class Employee {
	private String id;
	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}
	public String getId() {
		return id;
	}
}

//學院的員工類
class CollegeEmployee {
	private String id;
	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}
	public String getId() {
		return id;
	}
}

//管理學院員工的管理類
class CollegeManager {
	//返回學院的所有員工
	public List<CollegeEmployee> getAllEmployee() {
		List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();
		for (int i = 0; i < 10; i++) { //這裏我們增加了10個員工到 list
			CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
			emp.setId("學院員工id= " + i);
			list.add(emp);
		}
		return list;
	}
	
	//輸出學院員工的信息
	public void printEmployee() {
		//獲取到學院員工
		List<CollegeEmployee> list1 = getAllEmployee();
		System.out.println("------------學院員工------------");
		for (CollegeEmployee e : list1) {
			System.out.println(e.getId());
		}
	}
}

//學校管理類
//分析 SchoolManager 類的直接朋友類有哪些 Employee、CollegeManager
//CollegeEmployee 不是 直接朋友 而是一個陌生類，這樣違背了 迪米特法則 
class SchoolManager {
	//返回學校總部的員工
	public List<Employee> getAllEmployee() {
		List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
		
		for (int i = 0; i < 5; i++) { //這裏我們增加了5個員工到 list
			Employee emp = new Employee();
			emp.setId("學校總部員工id= " + i);
			list.add(emp);
		}
		return list;
	}

	//該方法完成輸出學校總部和學院員工信息(id)
	void printAllEmployee(CollegeManager sub) {
		//分析問題
		//1. 將輸出學院的員工方法，封裝到CollegeManager
		sub.printEmployee();
		//獲取到學校總部員工
		List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
		System.out.println("------------學校總部員工------------");
		for (Employee e : list2) {
			System.out.println(e.getId());
		}
	}
}

前面設計的問題在於SchoolManager中，CollegeEmployee類並不是SchoolManager類的直接朋友 (分析)。
按照迪米特法則，應該避免類中出現這樣非直接朋友關係的耦合。

迪米特法則注意事項和細節

迪米特法則的核心是降低類之間的耦合
但是注意：由於每個類都減少了不必要的依賴，因此迪米特法則只是要求降低
類間(對象間)耦合關係，並不是要求完全沒有依賴關係

八. 合成複用原則（Composite Reuse Principle）
合成複用原則就是儘量使用合成/聚合的方式，而不是使用繼承。

核心思想

找出應用中可能需要變化之處，把它們獨立出來，不要和那些不需要變化的代碼混在一起。
針對接口編程，而不是針對實現編程。
爲了交互對象之間的鬆耦合設計而努力。

設計模式---七大原則

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