设计模式原则

单一职责原则(Single Responsibility Principle)

定义:就一个类而言,不要存在多于一个导致类变更的原因。通俗的说,即一个类只负责一项职责。

例如:类T负责两个不同的职责:职责P1,职责P2。当由于职责P1需求发生改变而需要修改类T时,有可能会导致原本运行正常的职责P2功能发生故障。

按照单一职责原则,我们做出如下的修改:分别建立两个类T1、T2,使T1完成职责P1功能,T2完成职责P2功能。这样,当修改类T1时,不会使职责P2发生故障风险;同理,当修改T2时,也不会使职责P1发生故障风险。

很多情况是,我们在设计之初是遵循单一职责原则的。随着需求的增加,类的职责被细化,被分为粒度更加小的职责。这个时候我们本应该是把原来的类分为2个类来写的,但是为了方便,我们大多数选择直接修改原来的类,这样就使原来的类拥有了不止1个职责。虽然这样做有悖于单一职责原则。但是这样做的风险在于职责扩散的不确定性,因为我们不会想到某个职责P,在未来可能会扩散为P1,P2,P3,P4……Pn。所以,在职责扩散到我们无法控制的程度之前,立刻对代码进行重构。

单一职责原则的特点:

  • 可以降低类的复杂度,一个类只负责一项职责,逻辑简单
  • 提高类的可读性,提高系统的可维护性
  • 降低了设计的耦合程度,变更引起的风险降低。

里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)

定义:所有引用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的功能。

上述的定义可能很抽象。通俗来说,我们在使用到继承的时候:子类继承父类,除添加新的方法完成新增功能外,尽量不要重写父类的方法,也尽量不要重载父类的方法。因为父类中凡是已经实现好的方法,实际上是在设定一系列的规范和契约,虽然它不强制要求所有的子类必须遵从这些契约,但是如果子类对这些非抽象方法任意修改,就会对整个继承体系造成破坏。而里氏替换原则就是表达了这一层含义。

在实际编程中,我们常常会通过重写父类的方法来完成新的功能,这样写起来虽然简单,但是整个继承体系的可复用性会比较差,特别是运用多态比较频繁时,程序运行出错的几率非常大。如果非要重写父类的方法,比较通用的做法是: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。我们还希望在程序中尽量使用父类类型来对对象进行定义,而在运行时再确定其子类类型,用子类对象来替换父类对象。

里氏替换原则的特点:

  • 尽量把父类设计为抽象类或者接口,子类实现父类的抽象方法,但不能覆盖父类的非抽象方法
  • 子类中可以增加自己特有的方法
  • 当子类的方法重载父类的方法时,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

依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle)

定义: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。核心思想还是面向接口编程,而不是面向实现编程。

在Java中,抽象指的是接口或者抽象类,细节就是具体的实现类,使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约,而不去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。

这就要求我们在程序代码中传递参数时或在关联关系(依赖关系)中,尽量引用层次高的抽象层类,即使用接口和抽象类进行变量类型声明、参数类型声明、方法返回类型声明,以及数据类型的转换等,而不要用具体类来做这些事情。

更加进一步来说,在实现依赖倒转原则时,我们需要针对抽象层编程,而将具体类的对象通过依赖注入(DependencyInjection,DI)的方式注入到其他对象中,依赖注入是指当一个对象要与其他对象发生依赖关系时,通过抽象来注入所依赖的对象。

常用的注入方式有三种,分别是:构造注入,设值注入(Setter注入)和接口注入。构造注入是指通过构造函数来传入具体类的对象,设值注入是指通过Setter方法来传入具体类的对象,而接口注入是指通过在接口中声明的业务方法来传入具体类的对象。这些方法在定义时使用的是抽象类型,在运行时再传入具体类型的对象,由子类对象来覆盖父类对象。这些注入方式在Spring里面都有很好的体现。

在实际编程中,我们一般需要做到如下3点:

  • 低层模块尽量都要有抽象类或接口,或者两者都有。
  • 变量的声明类型尽量是抽象类或接口。
  • 使用继承时遵循里氏替换原则。

接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

定义:客户端不应该依赖它不需要的接口;一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。也就是说我们要使用多个专门的接口,而不使用单一的总接口。

接口隔离原则的含义是:建立单一接口,不要建立庞大臃肿的接口,尽量细化接口,接口中的方法尽量少。也就是说,我们要为各个类建立专用的接口,而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。在程序设计中,依赖几个专用的接口要比依赖一个综合的接口更灵活。接口是设计时对外部设定的“契约”,通过分散定义多个接口,可以预防外来变更的扩散,提高系统的灵活性和可维护性。

一般而言,接口中仅包含为某一类用户定制的方法即可,不应该强迫客户依赖于那些它们不用的方法。

采用接口隔离原则对接口进行约束时,要注意以下几点:

  • 接口尽量小,但是要有限度。对接口进行细化可以提高程序设计灵活性是不挣的事实,但是如果过小,则会造成接口数量过多,使设计复杂化。所以一定要适度。
  • 为依赖接口的类定制服务,只暴露给调用的类它需要的方法,它不需要的方法则隐藏起来。只有专注地为一个模块提供定制服务,才能建立最小的依赖关系。
  • 提高内聚,减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

迪米特法则(Law of Demeter)

定义:一个对象应该对其他对象保持最少的了解。迪米特法则又叫做最少知道原则。”低耦合,高内聚“

通俗的来讲,就是一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说,对于被依赖的类来说,无论逻辑多么复杂,都尽量地的将逻辑封装在类的内部,对外除了提供的public方法,不对外泄漏任何信息。

如果一个系统符合迪米特法则,那么当其中某一个模块发生修改时,就会尽量少地影响其他模块,扩展会相对容易。迪米特法则可降低系统的耦合度,使类与类之间保持松散的耦合关系。

迪米特法则还有一个更简单的定义:只与直接的朋友通信,直接的朋友有哪些:

  1. 当前对象本身(this);
  2. 以参数形式传入到当前对象方法中的对象;
  3. 当前对象的成员对象;
  4. 如果当前对象的成员对象是一个集合,那么集合中的元素也都是朋友;
  5. 当前对象所创建的对象。

任何一个对象,如果满足上面的条件之一,就是当前对象的“朋友”,否则就是“陌生人”。在应用迪米特法则时,一个对象只能与直接朋友发生交互,不要与“陌生人”发生直接交互,出现在局部变量中的类则不是直接的朋友。也就是说,陌生的类最好不要作为局部变量的形式出现在类的内部。这样做可以降低系统的耦合度,一个对象的改变不会给太多其他对象带来影响。

迪米特法则要求我们在设计系统时,应该尽量减少对象之间的交互,如果两个对象之间不必彼此直接通信,那么这两个对象就不应当发生任何直接的相互作用,如果其中的一个对象需要调用另一个对象的某一个方法的话,可以通过第三者转发这个调用。简言之,就是通过引入一个合理的第三者来降低现有对象之间的耦合度。

开闭原则(Open-Closed Principle)

定义:一个软件实体应当对扩展开放,对修改关闭。即软件实体应尽量在不修改原有代码的情况下进行扩展。

开闭原则是面向对象设计中最基础的设计原则,它指导我们如何建立稳定灵活的系统。开闭原则可能是设计模式六项原则中定义最模糊的一个了,它只告诉我们对扩展开放,对修改关闭,可是到底如何才能做到对扩展开放,对修改关闭,并没有明确的告诉我们。

也就是说,只要我们对前面5项原则遵守的好了,设计出的软件自然是符合开闭原则的,这个开闭原则更像是前面五项原则遵守程度的“平均得分”,前面5项原则遵守的好,平均分自然就高,说明软件设计开闭原则遵守的好;如果前面5项原则遵守的不好,则说明开闭原则遵守的不好。

单一职责原则告诉我们实现类要职责单一;里氏替换原则告诉我们不要破坏继承体系;依赖倒置原则告诉我们要面向接口编程;接口隔离原则告诉我们在设计接口的时候要精简单一;迪米特法则告诉我们要降低耦合。而开闭原则是总纲,他告诉我们要对扩展开放,对修改关闭。

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