设计模式（java版）

比眉伴天荒 2023-01-05 05:20 129阅读 0赞

## 依赖和关联的区别 ##

**依赖(Dependency)**

依赖是类与类之间的连接，表示一个类依赖于另外一个类的定义。依赖关系仅仅描述了类与类之间的一种使用与被使用的关系，**在Java中体现为局部变量、方法的参数或者是对静态方法的调用**。

static class Boat{ 
           public static void row(){ 
               System.out.println("开动"); 
           } 
    } 
    class Person{ 
            public void crossRiver(Boatboat){ 
                boat.row(); 
            } 
            public void fishing(){ 
                Boat boat =new Boat() ; 
                boat.row(); 
            }
           public void patrol(){ 
                Boat.row() ; 
           } 
    }

**关联(Association)**

关联是类与类之间的连结。关联关系使一个类知道另外一个类的属性和方法。关联可以是双向的，也可以是单向的。体现在Java中，**关联关系是通过成员变量来实现的**。

class Computer{ 
        public void develop(){ 
           System.out.println("Develop "); 
        } 
    } 
    
    class Person{ 
           private Computer computer ; 
             
           public Person(Computer computer){ 
               this.computer = computer ; 
           } 
             
           public void work(){ 
               computer.develop() ; 
               System.out.println("work"); 
           } 
     }

## 合成和聚合的区别 ##

合成(Composition)和聚合(Aggregation)都是关联(Association)的特殊种类。用C语言来讲，**合成是值的聚合(Aggregation by Value)，聚合是则是引用的聚合(Aggregation by Reference)**。

**（1）聚合用来表示“拥有”关系或者整体与部分的关系**。代表部分的对象有可能会被多个代表整体的对象所共享，而且不一定会随着某个代表整体的对象被销毁或破坏而被销毁或破坏，部分的生命周期可以超越整体。例如，班级和学生，当班级删除后，学生还能存在，学生可以被培训机构引用。

class Student {
    }
    class Classes{
             privateStudent student;
             publicClasses(Student student){
                       this.student=student;
            }
    }

**（2）合成用来表示一种强得多的“拥有”关系。**在一个合成关系里，部分和整体的生命周期是一样的。一个合成的新对象完全拥有对其组成部分的支配权，包括它们的创建和湮灭等。使用程序语言的术语来说，合成而成的新对象对组成部分的内存分配、内存释放有绝对的责任。

一个合成关系中的成分对象是不能与另一个合成关系共享的。一个成分对象在同一个时间内只能属于一个合成关系。如果一个合成关系湮灭了，那么所有的成分对象要么自己湮灭所有的成分对象（这种情况较为普遍）要么就得将这一责任交给别人（较为罕见）。

例如，一个人由头、四肢和各种器官组成，人与这些具有相同的生命周期，人死了，这些器官也就挂了。房子和房间的关系，当房子没了，房间也不可能独立存在。

class Room{
        public Room createRoom(){
            System.out.println(“创建房间”);
            returnnew Room();
        }
     }
    class House{
        private Room room;
        public House(){
            room=new Room();
        }
        public void createHouse(){
            room.createRoom();
        }
      }

## 设计模式的目的 ##

编写软件过程中，面临着来自耦合性，内聚性，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

## 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**)

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

### 单一职责原则 ###

**基本介绍**

对类来说的，即一个类应该只负责一项职责。如果类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和A2；

**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) 提高类的可读性和可维护性；

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。

### 接口隔离原则 ###

**基本介绍**

1) 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。

### 依赖倒转原则 ###

基本介绍

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;

**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

### 里氏替换原则 ###

**OOM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

**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;

**一个程序引出的问题和思考**

该看个程序, 思考下问题和解决思路

class A {
    public int func1(int num1, int num2) {
    return num1 - num2;
    }}
    class B extends A {
    public int func1(int a, int b) {
    return a + b;
    }
    public int func2(int a, int b) {
    return func1(a, b) + 9;
    }}
    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();
    System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3));
    System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));
    System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
    }

**解决方法**

1) 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。

2) 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。

### 开闭原则 ###

**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。

**看一个画图形的功能**

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
        }
    }
    
    class GraphicEditor {
        public void drawShape(Shape s) {
            if (s.m_type == 1)
            drawRectangle(s);
            else if (s.m_type == 2)
            drawCircle(s);
        }
        public void drawRectangle(Shape r) {
            System.out.println("矩形");
        }
        public void drawCircle(Shape r) {
            System.out.println("圆形");
        }
    }
    
    class Shape {
    	int m_type;
    }
    
    class Rectangle extends Shape {
        Rectangle() {
        super.m_type = 1;
        }
    }
    
    class Circle extends Shape {
        Circle() {
        super.m_type = 2;
        }
    }

**优缺点**

1) 优点是比较好理解，简单易操作。

2) 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。

3) 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。

**改进的思路分析**

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，这样我们有新的图形种类时，只需要让新的图形类继承Shape，并实现draw方法即可。使用方的代码就不需要修 **->** 满足了开闭原则

### 迪米特法则 ###

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，我们称出现在成员变量，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。

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；

**应用实例**

1) 有一个学校，下属有各个学院和总部，现要求打印出学校总部员工ID和学院员工的id

2) 编程实现上面的功能, 看代码演示

import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    //客户端
    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
    	public List<CollegeEmployee> getAllEmployee() {
    		List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();
    		for (int i = 0; i < 10; i++) { //这里我们增加了10个员工到 list
    			CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
    			emp.setId("学院员工id= " + i);
    			list.add(emp);
    		}
    		return list;
    	}
    }
    //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<Employee> getAllEmployee() {
    		List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
    		for (int i = 0; i < 5; i++) { //这里我们增加了5个员工到 list
    			Employee 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<CollegeEmployee> 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<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
    		System.out.println("------------学校总部员工------------");
    		for (Employee e : list2) {
    			System.out.println(e.getId());
    		}
    	}
    }

**应用实例改进**

1) 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)

2) 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

3) 对代码按照迪米特法则进行改进。

import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    //客户端
    public class Demeter1 {
    	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<CollegeEmployee> getAllEmployee() {
    		List<CollegeEmployee> list = new ArrayList<CollegeEmployee>();
    		for (int i = 0; i < 10; i++) { //这里我们增加了10个员工到 list
    			CollegeEmployee 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<CollegeEmployee> 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<Employee> getAllEmployee() {
    		List<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
    		for (int i = 0; i < 5; i++) { //这里我们增加了5个员工到 list
    			Employee 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CollegeManager
    		sub.printEmployee();
    		//获取到学校总部员工
    		List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
    		System.out.println("------------学校总部员工------------");
    		for (Employee e : list2) {
    			System.out.println(e.getId());
    		}
    	}
    }

### 合成复用原则 ###

基本介绍

合成复用原则要求在软件复用时，要先尽量使用组合或者聚合等关联关系实现，其次才考虑使用继承。也就是在一个新对象里通过关联的方式使用已有对象的一些方法和功能。

通常类的复用分为继承复用和合成复用。

继承复用的缺点：

（1）耦合度高，父类的修改会影响到子类，不利于维护。

（2）破坏类的封装性，因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，所以又叫 "白箱" 复用。

（3）复用的灵活性低，从父类继承来的实现是静态的，在运行期是无法改变的。

合成复用的优点：

（1）耦合度低，已有对象的变化对新对象的影响较小。

（2）不会破坏类的封装性，因为新对象只能调用已有对象暴露出来的方法，所以又叫 "黑箱" 复用。

（3）复用的灵活性高，可以在代码运行中，动态选择相同类型的其他具体类。