感谢尚硅谷
视频地址:尚硅谷Java设计模式(图解+框架源码剖析)_哔哩哔哩_bilibili
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,设计模式就是对软件设计中普遍存在(反复出现)的问题提出的解决方案。
设计模式是为了让程序具有更好
设计模式常用的七大原则
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
6)迪米特法则
7)合成复用原则
设计模式分为三种类型,共 23 种
1)创建型模式:单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。
2)结构型模式:适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
3)行为型模式:模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、 解释器模式(Interpreter 模式)、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。
分享金句:
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”
对类来说,即一个类只能负责一项职责。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。
- public class SingleResponsibility1 {
- public static void main(String[] args) {
- Vehicle vehicle = new Vehicle();
- vehicle.run("摩托车");
- vehicle.run("汽车");
- vehicle.run("飞机");
- }
- }
-
- class Vehicle{
- public void run(String vehicle){
- System.out.println(vehicle+"在公路上跑");
- }
- }
1)运行结果中不管是摩托车,飞机还是汽车,都是在公路上运行,违反了单一职责原则
2)解决办法,我们应该将Vehicle 分解成不同的类
- public class SingleResponsibility2 {
- public static void main(String[] args) {
- RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle();
- roadVehicle.run("汽车");
- AirVehicle airVehicle = new AirVehicle();
- airVehicle.run("飞机");
- WaterVehicle waterVehicle = new WaterVehicle();
- waterVehicle.run("轮船");
- }
- }
-
- class RoadVehicle {
- public void run(String verhicle) {
- System.out.println(verhicle + "公路上");
- }
-
- }
-
- class AirVehicle{
- public void run(String verhicle) {
- System.out.println(verhicle + "在天空");
- }
- }
-
- class WaterVehicle{
- public void run(String verhicle){
- System.out.println(verhicle + "在水里");
- }
- }
1) 遵守单一职责原则,但是这样做的改动很大,即将类分解,同时修改客户端
2)改进:直接修改 Vehicle 类,改动的代码会比较少=>方案 3
- public class SingleResponsibility3 {
- public static void main(String[] args) {
- Vehicle2 vehicle2 = new Vehicle2();
- vehicle2.run("摩托");
- vehicle2.runAir("船");
- vehicle2.runWater("飞机");
- }
- }
-
- class Vehicle2{
- public void run(String vehicle){
- System.out.println(vehicle + "在公路上运行");
- }
- public void runAir(String vehicle){
- System.out.println(vehicle + "在天空运行");
- }
- public void runWater(String verhicle){
- System.out.println(verhicle + "在水里");
- }
- }
1)这种修改方法没有对原来的类做大的修改,只是增加方法
2)这里虽然没有在类这个级别上遵守单一职责原则,但是在方法级别上,仍然是遵守单一职责
1)降低类的复杂度,一个类只负责一个职责
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
客户端不应该依赖它不需要的接口,即一个类对另一个的依赖应该建立在最小接口上。
先看一张图

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。
按隔离原则应当这样处理:
将接口 Interface1 拆分为独立的几个接口(这里我们拆分成 3 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
- public class Segreation1 {
-
- }
-
- 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类通过依赖接口Interface1依赖使用B类,但只会使用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类通过依赖接口Interface1依赖使用B类,但只会使用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();
- }
- }

- public class Segreation2 {
-
- }
-
- interface Interface2{
- void operation1();
- }
-
- interface Interface3{
- void operation2();
- void operation3();
- }
-
- interface Interface4{
- void operation4();
- void operation5();
- }
-
- class E implements 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");
- }
- }
-
- class F implements Interface2, Interface4 {
-
- public void operation1() {
- System.out.println("D实现了operation1");
- }
-
- public void operation4() {
- System.out.println("D实现了operation4");
- }
-
- public void operation5() {
- System.out.println("D实现了operation5");
- }
- }
-
- class G{
- //A类通过依赖接口Interface1依赖使用B类,但只会使用1,2,3方法
- public void depend1(Interface2 i){
- i.operation1();
- }
- public void depend2(Interface3 i){
- i.operation2();
- }
- public void depend3(Interface3 i){
- i.operation3();
- }
- }
-
- class H {
- //C类通过依赖接口Interface1依赖使用B类,但只会使用1,4,5方法
- public void depend1(Interface2 i){
- i.operation1();
- }
- public void depend4(Interface4 i){
- i.operation4();
- }
- public void depend5(Interface4 i){
- i.operation5();
- }
- }
依赖倒转原则是指:
1)高层模块不应依赖低层模块,二者都应该依赖其抽象(比如抽象类,接口)
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)中心思想就是面向接口编程
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
请编程完成 Person 接收消息的功能
- public class DependecyInversion {
- public static void main(String[] args) {
- person person = new person();
- person.receive(new Email());
- }
- }
-
- class Email{
- public String getInfo(){
- return "邮箱:hello,world";
- }
- }
-
- class person{
- public void receive(Email email){
- System.out.println("收到:"+email.getInfo());
- }
- }
1)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
2)解决思路:引入一个抽象的接口IReceiver,表示接收者,这样Person类与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
- public class DependecyInversion {
- public static void main(String[] args) {
- person person = new person();
- person.receive(new Email());
- person.receive(new weixin());
- }
- }
-
- interface IReceive{
- String getInfo();
- }
-
- class Email implements IReceive {
- public String getInfo(){
- return "邮箱:hello,world";
- }
- }
-
- class weixin implements IReceive {
-
- public String getInfo() {
- return "微信:hello,world";
- }
- }
-
- class person{
- //对接口的依赖
- public void receive(IReceive iReceive){
- System.out.println("收到:" + iReceive.getInfo());
- }
- }
- public class DependecyPass {
- public static void main(String[] args) {
- OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
- openAndClose.open(new changhong());
- openAndClose.open(new xiaomi());
- }
- }
-
- interface Itv{
- public void play();
- }
- class changhong implements Itv{
- public void play() {
- System.out.println("长虹电视机打开");
- }
- }
- class xiaomi implements Itv{
- public void play() {
- System.out.println("小米电视机打开");
- }
- }
- class OpenAndClose{
- public void open(Itv itv) {
- itv.play();
- }
- }
- public class DependecyPass {
- public static void main(String[] args) {
- OpenAndClose openAndClose1 = new OpenAndClose(new changhong());
- openAndClose1.open();
- OpenAndClose openAndClose2 = new OpenAndClose(new xiaomi());
- openAndClose2.open();
- }
- }
- interface Itv{
- public void play();
- }
- class changhong implements Itv{
- public void play() {
- System.out.println("长虹电视机打开");
- }
- }
- class xiaomi implements Itv{
- public void play() {
- System.out.println("小米电视机打开");
- }
- }
- class OpenAndClose{
- private Itv itv;
- public OpenAndClose(Itv itv){
- this.itv=itv;
- }
- public void open() {
- this.itv.play();
- }
- }
- public class DependecyPass {
- public static void main(String[] args) {
- OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose();
- openAndClose.settle(new changhong());
- openAndClose.open();
- openAndClose.settle(new xiaomi());
- openAndClose.open();
- }
- }
- interface Itv{
- public void play();
- }
- class changhong implements Itv{
- public void play() {
- System.out.println("长虹电视机打开");
- }
- }
- class xiaomi implements Itv{
- public void play() {
- System.out.println("小米电视机打开");
- }
- }
- class OpenAndClose{
- private Itv itv;
- public void settle(Itv itv){
- this.itv=itv;
- }
- public void open() {
- this.itv.play();
- }
- }
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
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
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。
看个程序,思考下问题和解决思路
- public class Liskov {
- public static void main(String[] args) {
- A a = new A();
- System.out.println("1 - 2 = " + a.func1(1, 2));
-
- System.out.println("---------------------");
-
- B b = new B();
- System.out.println("1 - 2 = " + b.func1(1,2));//这里本意是求出 1-2
- System.out.println("1 - 2 + 9 = " + b.func2(1,2));
- }
- }
-
- class A{
- //返回两个数的差
- public int func1(int a, int b){
- return a - b;
- }
- }
-
- class B extends A {
- @Override
- //这里重写了A类的方法,可能是无意识
- public int func1(int a, int b){
- return a + b;
- }
- //增加了一个新功能,完成两个数相加,然后和9求和
- public int func2(int a, int b){
- return func1(a,b) + 9;
- }
- }
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,但整个继承体系的尚硅谷 Java 设计模式复用性会比较差。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。
3)改进方案

- public class Liskov {
- public static void main(String[] args) {
- A a = new A();
- System.out.println("1 - 2 = " + a.func1(1, 2));
-
- System.out.println("---------------------");
-
- B b = new B();
- System.out.println("1 + 2 = " + b.func1(1,2));
- System.out.println("1 + 2 + 9 = " + b.func2(1,2));
-
- System.out.println("1 - 2 = " + b.func3(1,2));
- }
- }
-
- //创建一个更加基础的基类
- class Base{
- //把更加基础的方法和成员写到 Base 类
- }
-
- class A extends Base {
- //返回两个数的差
- public int func1(int a, int b){
- return a - b;
- }
- }
-
- class B extends Base {
- //如果 B 需要使用 A 类的方法,使用组合关系
- private A a = new A();
- //这里,重写了 A 类的方法,可能是无意识
- public int func1(int a, int b){
- return a + b;
- }
- public int func2(int a, int b){
- return func1(a,b) + 9;
- }
- //我们仍然想使用 A 的方法
- public int func3(int a, int b){
- return this.a.func1(a,b);
- }
- }
1)开闭原则是编程中最基础、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 OCP {
- public static void main(String[] args) {
- //使用看看存在的问题
- GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
- graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
- }
- }
- //这是一个用于绘图的类 【使用方】
- class GraphicEditor{
- public void drawShape(Shape shape){
- if(shape.my_tape == 1){
- drawRectangle(shape);
- }else if(shape.my_tape == 2){
- drawCircle(shape);
- }else if(shape.my_tape == 3){
- drawTriangle(shape);
- }
- }
- //绘制矩形
- public void drawRectangle(Shape r){
- System.out.println("矩形");
- }
- //绘制圆
- public void drawCircle(Shape r){
- System.out.println("圆");
- }
- //绘制三角形
- public void drawTriangle(Shape r){
- System.out.println("三角形");
- }
- }
-
- class Shape{
- int my_tape;
- }
-
- class Rectangle extends Shape {
- Rectangle(){
- super.my_tape = 1;
- }
- }
-
- class Circle extends Shape {
- Circle(){
- super.my_tape = 2;
- }
- }
- //新增画三角形
- class Triangle extends Shape {
- Triangle(){
- super.my_tape = 3;
- }
- }
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,我们需要修改的地方较多
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改 ---> 满足了开闭原则
- public class OCP {
- public static void main(String[] args) {
- GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
- graphicEditor.drawShape(new Rectangle());
- graphicEditor.drawShape(new Circle());
- }
- }
-
- class GraphicEditor{
- public void drawShape(Shape shape){
- shape.show();
- }
- }
- //Shape 类,基类
- abstract class Shape{
- int my_tape;
-
- public abstract void show();
- }
-
- class Rectangle extends Shape {
- Rectangle(){
- super.my_tape = 1;
- }
-
- @Override
- public void show() {
- System.out.println("矩形");
- }
- }
-
- class Circle extends Shape {
- Circle(){
- super.my_tape = 2;
- }
-
- @Override
- public void show() {
- System.out.println("圆");
- }
- }
- //新增三角形
- class Triangle extends Shape {
- Triangle(){
- super.my_tape = 3;
- }
-
- @Override
- public void show() {
- System.out.println("三角形");
- }
- }
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。
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
- 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;
- }
- }
-
-
- //学院员工类
- class CollegeEmployee {
- private String id;
-
- public void setId(String id) {
- this.id = id;
- }
-
- public String getId() {
- return id;
- }
- }
-
-
- //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 list
- CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
- emp.setId("学院员工id = " + i);
- list.add(emp);
- }
- return list;
- }
- }
-
- //学校员工管理类,包括学院员工和学校总部员工
-
- //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 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) {
- //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());
- }
- }
- }
这里的 CollegeEmployee 不是 SchoolManager的直接朋友,CollegeEmployee 以局部变量方式出现在 SchoolManager中,违反了 迪米特法则。
- //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 list
- CollegeEmployee emp = new CollegeEmployee();
- emp.setId("学院员工id= " + i);
- list.add(emp);
- }
- return list;
- }
- public void print(){
- List
list1 = getAllEmployee(); - System.out.println("------------学院员工------------");
- for (CollegeEmployee e : list1) {
- System.out.println(e.getId());
- }
- }
- }
-
- //学校员工管理类,包括学院员工和学校总部员工
- 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 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) {
-
- //打印学院员工
- sub.print();
-
- //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());
- }
- }
原则是尽量使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。

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