設(shè)計(jì)原則是基本的工具,應(yīng)用這些規(guī)則可以使你的代碼更加靈活、更容易維護(hù),更容易擴(kuò)展。今天學(xué)習(xí)啦小編分享了設(shè)計(jì)模式六大原則，一起來了解吧。

　　設(shè)計(jì)模式六大原則

　　設(shè)計(jì)模式原則1：單一職責(zé)原則

　　定義：不要存在多于一個(gè)導(dǎo)致類變更的原因。通俗的說，即一個(gè)類只負(fù)責(zé)一項(xiàng)職責(zé)。

　　問題由來：類T負(fù)責(zé)兩個(gè)不同的職責(zé)：職責(zé)P1，職責(zé)P2。當(dāng)由于職責(zé)P1需求發(fā)生改變而需要修改類T時(shí)，有可能會導(dǎo)致原本運(yùn)行正常的職責(zé)P2功能發(fā)生故障。

　　解決方案：遵循單一職責(zé)原則。分別建立兩個(gè)類T1、T2，使T1完成職責(zé)P1功能，T2完成職責(zé)P2功能。這樣，當(dāng)修改類T1時(shí)，不會使職責(zé)P2發(fā)生故障風(fēng)險(xiǎn);同理，當(dāng)修改T2時(shí)，也不會使職責(zé)P1發(fā)生故障風(fēng)險(xiǎn)。

　　說到單一職責(zé)原則，很多人都會不屑一顧。因?yàn)樗唵瘟?。稍有?jīng)驗(yàn)的程序員即使從來沒有讀過設(shè)計(jì)模式、從來沒有聽說過單一職責(zé)原則，在設(shè)計(jì)軟件時(shí)也會自覺的遵守這一重要原則，因?yàn)檫@是常識。在軟件編程中，誰也不希望因?yàn)樾薷牧艘粋€(gè)功能導(dǎo)致其他的功能發(fā)生故障。而避免出現(xiàn)這一問題的方法便是遵循單一職責(zé)原則。雖然單一職責(zé)原則如此簡單，并且被認(rèn)為是常識，但是即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員寫出的程序，也會有違背這一原則的代碼存在。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?因?yàn)橛新氊?zé)擴(kuò)散。所謂職責(zé)擴(kuò)散，就是因?yàn)槟撤N原因，職責(zé)P被分化為粒度更細(xì)的職責(zé)P1和P2。

　　比如：類T只負(fù)責(zé)一個(gè)職責(zé)P，這樣設(shè)計(jì)是符合單一職責(zé)原則的。后來由于某種原因，也許是需求變更了，也許是程序的設(shè)計(jì)者境界提高了，需要將職責(zé)P細(xì)分為粒度更細(xì)的職責(zé)P1，P2，這時(shí)如果要使程序遵循單一職責(zé)原則，需要將類T也分解為兩個(gè)類T1和T2，分別負(fù)責(zé)P1、P2兩個(gè)職責(zé)。但是在程序已經(jīng)寫好的情況下，這樣做簡直太費(fèi)時(shí)間了。所以，簡單的修改類T，用它來負(fù)責(zé)兩個(gè)職責(zé)是一個(gè)比較不錯(cuò)的選擇，雖然這樣做有悖于單一職責(zé)原則。(這樣做的風(fēng)險(xiǎn)在于職責(zé)擴(kuò)散的不確定性，因?yàn)槲覀儾粫氲竭@個(gè)職責(zé)P，在未來可能會擴(kuò)散為P1，P2，P3，P4……Pn。所以記住，在職責(zé)擴(kuò)散到我們無法控制的程度之前，立刻對代碼進(jìn)行重構(gòu)。)

　　舉例說明，用一個(gè)類描述動(dòng)物呼吸這個(gè)場景：

class Animal{
	public void breathe(String animal){
		System.out.println(animal+"呼吸空氣");
	}
}
public class Client{
	public static void main(String[] args){
		Animal animal = new Animal();
		animal.breathe("牛");
		animal.breathe("羊");
		animal.breathe("豬");
	}
} 

　　運(yùn)行結(jié)果：

　　牛呼吸空氣

　　羊呼吸空氣

　　豬呼吸空氣

　　程序上線后，發(fā)現(xiàn)問題了，并不是所有的動(dòng)物都呼吸空氣的，比如魚就是呼吸水的。修改時(shí)如果遵循單一職責(zé)原則，需要將Animal類細(xì)分為陸生動(dòng)物類Terrestrial，水生動(dòng)物Aquatic，代碼如下：

class Terrestrial{
	public void breathe(String animal){
		System.out.println(animal+"呼吸空氣");
	}
}
class Aquatic{
	public void breathe(String animal){
		System.out.println(animal+"呼吸水");
	}
}

public class Client{
	public static void main(String[] args){
		Terrestrial terrestrial = new Terrestrial();
		terrestrial.breathe("牛");
		terrestrial.breathe("羊");
		terrestrial.breathe("豬");
		
		Aquatic aquatic = new Aquatic();
		aquatic.breathe("魚");
	}
}

　　運(yùn)行結(jié)果：

　　牛呼吸空氣

　　羊呼吸空氣

　　豬呼吸空氣

　　魚呼吸水

　　我們會發(fā)現(xiàn)如果這樣修改花銷是很大的，除了將原來的類分解之外，還需要修改客戶端。而直接修改類Animal來達(dá)成目的雖然違背了單一職責(zé)原則，但花銷卻小的多，代碼如下：

class Animal{
	public void breathe(String animal){
		if("魚".equals(animal)){
			System.out.println(animal+"呼吸水");
		}else{
			System.out.println(animal+"呼吸空氣");
		}
	}
}

public class Client{
	public static void main(String[] args){
		Animal animal = new Animal();
		animal.breathe("牛");
		animal.breathe("羊");
		animal.breathe("豬");
		animal.breathe("魚");
	}
} 

　　可以看到，這種修改方式要簡單的多。但是卻存在著隱患：有一天需要將魚分為呼吸淡水的魚和呼吸海水的魚，則又需要修改Animal類的breathe方法，而對原有代碼的修改會對調(diào)用“豬”“牛”“羊”等相關(guān)功能帶來風(fēng)險(xiǎn)，也許某一天你會發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行的結(jié)果變?yōu)?ldquo;牛呼吸水”了。這種修改方式直接在代碼級別上違背了單一職責(zé)原則，雖然修改起來最簡單，但隱患卻是最大的。還有一種修改方式：

class Animal{
	public void breathe(String animal){
		System.out.println(animal+"呼吸空氣");
	}

	public void breathe2(String animal){
		System.out.println(animal+"呼吸水");
	}
}

public class Client{
	public static void main(String[] args){
		Animal animal = new Animal();
		animal.breathe("牛");
		animal.breathe("羊");
		animal.breathe("豬");
		animal.breathe2("魚");
	}
} 

　　可以看到，這種修改方式?jīng)]有改動(dòng)原來的方法，而是在類中新加了一個(gè)方法，這樣雖然也違背了單一職責(zé)原則，但在方法級別上卻是符合單一職責(zé)原則的，因?yàn)樗]有動(dòng)原來方法的代碼。這三種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，那么在實(shí)際編程中，采用哪一中呢?其實(shí)這真的比較難說，需要根據(jù)實(shí)際情況來確定。我的原則是：只有邏輯足夠簡單，才可以在代碼級別上違反單一職責(zé)原則;只有類中方法數(shù)量足夠少，才可以在方法級別上違反單一職責(zé)原則;

　　例如本文所舉的這個(gè)例子，它太簡單了，它只有一個(gè)方法，所以，無論是在代碼級別上違反單一職責(zé)原則，還是在方法級別上違反，都不會造成太大的影響。實(shí)際應(yīng)用中的類都要復(fù)雜的多，一旦發(fā)生職責(zé)擴(kuò)散而需要修改類時(shí)，除非這個(gè)類本身非常簡單，否則還是遵循單一職責(zé)原則的好。

　　遵循單一職責(zé)原的優(yōu)點(diǎn)有：

　　可以降低類的復(fù)雜度，一個(gè)類只負(fù)責(zé)一項(xiàng)職責(zé)，其邏輯肯定要比負(fù)責(zé)多項(xiàng)職責(zé)簡單的多;

　　提高類的可讀性，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性;

　　變更引起的風(fēng)險(xiǎn)降低，變更是必然的，如果單一職責(zé)原則遵守的好，當(dāng)修改一個(gè)功能時(shí)，可以顯著降低對其他功能的影響。

　　需要說明的一點(diǎn)是單一職責(zé)原則不只是面向?qū)ο缶幊趟枷胨赜械?，只要是模塊化的程序設(shè)計(jì)，都適用單一職責(zé)原則。

　　設(shè)計(jì)模式原則2：里氏替換原則

　　肯定有不少人跟我剛看到這項(xiàng)原則的時(shí)候一樣，對這個(gè)原則的名字充滿疑惑。其實(shí)原因就是這項(xiàng)原則最早是在1988年，由麻省理工學(xué)院的一位姓里的女士(Barbara Liskov)提出來的。

　　定義1：如果對每一個(gè)類型為 T1的對象 o1，都有類型為 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(shí)，程序 P 的行為沒有發(fā)生變化，那么類型 T2 是類型 T1 的子類型。

　　定義2：所有引用基類的地方必須能透明地使用其子類的對象。

　　問題由來：有一功能P1，由類A完成?，F(xiàn)需要將功能P1進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展后的功能為P，其中P由原有功能P1與新功能P2組成。新功能P由類A的子類B來完成，則子類B在完成新功能P2的同時(shí)，有可能會導(dǎo)致原有功能P1發(fā)生故障。

　　解決方案：當(dāng)使用繼承時(shí)，遵循里氏替換原則。類B繼承類A時(shí)，除添加新的方法完成新增功能P2外，盡量不要重寫父類A的方法，也盡量不要重載父類A的方法。

　　繼承包含這樣一層含義：父類中凡是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)好的方法(相對于抽象方法而言)，實(shí)際上是在設(shè)定一系列的規(guī)范和契約，雖然它不強(qiáng)制要求所有的子類必須遵從這些契約，但是如果子類對這些非抽象方法任意修改，就會對整個(gè)繼承體系造成破壞。而里氏替換原則就是表達(dá)了這一層含義。

　　繼承作為面向?qū)ο笕筇匦灾?，在給程序設(shè)計(jì)帶來巨大便利的同時(shí)，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，增加了對象間的耦合性，如果一個(gè)類被其他的類所繼承，則當(dāng)這個(gè)類需要修改時(shí)，必須考慮到所有的子類，并且父類修改后，所有涉及到子類的功能都有可能會產(chǎn)生故障。

　　舉例說明繼承的風(fēng)險(xiǎn)，我們需要完成一個(gè)兩數(shù)相減的功能，由類A來負(fù)責(zé)。

class A{
	public int func1(int a, int b){
		return a-b;
	}
}

public class Client{
	public static void main(String[] args){
		A a = new A();
		System.out.println("100-50="+a.func1(100, 50));
		System.out.println("100-80="+a.func1(100, 80));
	}
} 

　　運(yùn)行結(jié)果：

　　100-50=50

　　100-80=20

　　后來，我們需要增加一個(gè)新的功能：完成兩數(shù)相加，然后再與100求和，由類B來負(fù)責(zé)。即類B需要完成兩個(gè)功能：

　　兩數(shù)相減。

　　兩數(shù)相加，然后再加100。

　　由于類A已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)功能，所以類B繼承類A后，只需要再完成第二個(gè)功能就可以了，代碼如下：

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)+100;
	}
}

public class Client{
	public static void main(String[] args){
		B b = new B();
		System.out.println("100-50="+b.func1(100, 50));
		System.out.println("100-80="+b.func1(100, 80));
		System.out.println("100+20+100="+b.func2(100, 20));
	}
} 

　　類B完成后，運(yùn)行結(jié)果：

　　100-50=150

　　100-80=180

　　100+20+100=220

　　我們發(fā)現(xiàn)原本運(yùn)行正常的相減功能發(fā)生了錯(cuò)誤。原因就是類B在給方法起名時(shí)無意中重寫了父類的方法，造成所有運(yùn)行相減功能的代碼全部調(diào)用了類B重寫后的方法，造成原本運(yùn)行正常的功能出現(xiàn)了錯(cuò)誤。在本例中，引用基類A完成的功能，換成子類B之后，發(fā)生了異常。在實(shí)際編程中，我們常常會通過重寫父類的方法來完成新的功能，這樣寫起來雖然簡單，但是整個(gè)繼承體系的可復(fù)用性會比較差，特別是運(yùn)用多態(tài)比較頻繁時(shí)，程序運(yùn)行出錯(cuò)的幾率非常大。如果非要重寫父類的方法，比較通用的做法是：原來的父類和子類都繼承一個(gè)更通俗的基類，原有的繼承關(guān)系去掉，采用依賴、聚合，組合等關(guān)系代替。

　　里氏替換原則通俗的來講就是：子類可以擴(kuò)展父類的功能，但不能改變父類原有的功能。它包含以下4層含義：

　　子類可以實(shí)現(xiàn)父類的抽象方法，但不能覆蓋父類的非抽象方法。

　　子類中可以增加自己特有的方法。

　　當(dāng)子類的方法重載父類的方法時(shí)，方法的前置條件(即方法的形參)要比父類方法的輸入?yún)?shù)更寬松。

　　當(dāng)子類的方法實(shí)現(xiàn)父類的抽象方法時(shí)，方法的后置條件(即方法的返回值)要比父類更嚴(yán)格。

　　看上去很不可思議，因?yàn)槲覀儠l(fā)現(xiàn)在自己編程中常常會違反里氏替換原則，程序照樣跑的好好的。所以大家都會產(chǎn)生這樣的疑問，假如我非要不遵循里氏替換原則會有什么后果?

　　后果就是：你寫的代碼出問題的幾率將會大大增加。

　　設(shè)計(jì)模式原則3：依賴倒置原則

　　定義：高層模塊不應(yīng)該依賴低層模塊，二者都應(yīng)該依賴其抽象;抽象不應(yīng)該依賴細(xì)節(jié);細(xì)節(jié)應(yīng)該依賴抽象。

　　問題由來：類A直接依賴類B，假如要將類A改為依賴類C，則必須通過修改類A的代碼來達(dá)成。這種場景下，類A一般是高層模塊，負(fù)責(zé)復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯;類B和類C是低層模塊，負(fù)責(zé)基本的原子操作;假如修改類A，會給程序帶來不必要的風(fēng)險(xiǎn)。

　　解決方案：將類A修改為依賴接口I，類B和類C各自實(shí)現(xiàn)接口I，類A通過接口I間接與類B或者類C發(fā)生聯(lián)系，則會大大降低修改類A的幾率。

　　依賴倒置原則基于這樣一個(gè)事實(shí)：相對于細(xì)節(jié)的多變性，抽象的東西要穩(wěn)定的多。以抽象為基礎(chǔ)搭建起來的架構(gòu)比以細(xì)節(jié)為基礎(chǔ)搭建起來的架構(gòu)要穩(wěn)定的多。在java中，抽象指的是接口或者抽象類，細(xì)節(jié)就是具體的實(shí)現(xiàn)類，使用接口或者抽象類的目的是制定好規(guī)范和契約，而不去涉及任何具體的操作，把展現(xiàn)細(xì)節(jié)的任務(wù)交給他們的實(shí)現(xiàn)類去完成。

　　依賴倒置原則的核心思想是面向接口編程，我們依舊用一個(gè)例子來說明面向接口編程比相對于面向?qū)崿F(xiàn)編程好在什么地方。場景是這樣的，母親給孩子講故事，只要給她一本書，她就可以照著書給孩子講故事了。代碼如下：

class Book{
	public String getContent(){
		return "很久很久以前有一個(gè)阿拉伯的故事……";
	}
}

class Mother{
	public void narrate(Book book){
		System.out.println("媽媽開始講故事");
		System.out.println(book.getContent());
	}
}

public class Client{
	public static void main(String[] args){
		Mother mother = new Mother();
		mother.narrate(new Book());
	}
} 

　　運(yùn)行結(jié)果：

　　媽媽開始講故事

　　很久很久以前有一個(gè)阿拉伯的故事……

　　運(yùn)行良好，假如有一天，需求變成這樣：不是給書而是給一份報(bào)紙，讓這位母親講一下報(bào)紙上的故事，報(bào)紙的代碼如下：

class Newspaper{
	public String getContent(){
		return "林書豪38+7領(lǐng)導(dǎo)尼克斯擊敗湖人……";
	}
} 

　　這位母親卻辦不到，因?yàn)樗尤徊粫x報(bào)紙上的故事，這太荒唐了，只是將書換成報(bào)紙，居然必須要修改Mother才能讀。假如以后需求換成雜志呢?換成網(wǎng)頁呢?還要不斷地修改Mother，這顯然不是好的設(shè)計(jì)。原因就是Mother與Book之間的耦合性太高了，必須降低他們之間的耦合度才行。

　　我們引入一個(gè)抽象的接口IReader。讀物，只要是帶字的都屬于讀物：

interface IReader{
	public String getContent();
} 

　　Mother類與接口IReader發(fā)生依賴關(guān)系，而Book和Newspaper都屬于讀物的范疇，他們各自都去實(shí)現(xiàn)IReader接口，這樣就符合依賴倒置原則了，代碼修改為：

class Newspaper implements IReader {
	public String getContent(){
		return "林書豪17+9助尼克斯擊敗老鷹……";
	}
}
class Book implements IReader{
	public String getContent(){
		return "很久很久以前有一個(gè)阿拉伯的故事……";
	}
}

class Mother{
	public void narrate(IReader reader){
		System.out.println("媽媽開始講故事");
		System.out.println(reader.getContent());
	}
}

public class Client{
	public static void main(String[] args){
		Mother mother = new Mother();
		mother.narrate(new Book());
		mother.narrate(new Newspaper());
	}
}

　　運(yùn)行結(jié)果：

　　媽媽開始講故事

　　很久很久以前有一個(gè)阿拉伯的故事……

　　媽媽開始講故事

　　林書豪17+9助尼克斯擊敗老鷹……

　　這樣修改后，無論以后怎樣擴(kuò)展Client類，都不需要再修改Mother類了。這只是一個(gè)簡單的例子，實(shí)際情況中，代表高層模塊的Mother類將負(fù)責(zé)完成主要的業(yè)務(wù)邏輯，一旦需要對它進(jìn)行修改，引入錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)極大。所以遵循依賴倒置原則可以降低類之間的耦合性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低修改程序造成的風(fēng)險(xiǎn)。

　　采用依賴倒置原則給多人并行開發(fā)帶來了極大的便利，比如上例中，原本Mother類與Book類直接耦合時(shí)，Mother類必須等Book類編碼完成后才可以進(jìn)行編碼，因?yàn)镸other類依賴于Book類。修改后的程序則可以同時(shí)開工，互不影響，因?yàn)镸other與Book類一點(diǎn)關(guān)系也沒有。參與協(xié)作開發(fā)的人越多、項(xiàng)目越龐大，采用依賴導(dǎo)致原則的意義就越重大。現(xiàn)在很流行的TDD開發(fā)模式就是依賴倒置原則最成功的應(yīng)用。

　　傳遞依賴關(guān)系有三種方式，以上的例子中使用的方法是接口傳遞，另外還有兩種傳遞方式：構(gòu)造方法傳遞和setter方法傳遞，相信用過Spring框架的，對依賴的傳遞方式一定不會陌生。

　　在實(shí)際編程中，我們一般需要做到如下3點(diǎn)：

　　低層模塊盡量都要有抽象類或接口，或者兩者都有。

　　變量的聲明類型盡量是抽象類或接口。

　　使用繼承時(shí)遵循里氏替換原則。

　　依賴倒置原則的核心就是要我們面向接口編程，理解了面向接口編程，也就理解了依賴倒置。

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