设计模式学习笔记实习面试

Publish Date: 2022-04-04

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设计模式的七大原则

单一职责原则
接口隔离原则
依赖倒转原则
里氏替换原则
开闭原则
迪米特法则
合成复用原则

一、单一职责原则

介绍

对类来说的，即一个类应该只负责一项职责。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

以交通工具案例来演示

public class SingleResponsibility1 {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.run("汽车");
        vehicle.run("火车");
        vehicle.run("飞机");
    }
}
class Vehicle{
    public void run(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+" 在公路上运行。。。");
    }
}

汽车 在公路上运行。。。
火车 在公路上运行。。。
飞机 在公路上运行。。。

这就违反了单一职责原则，解决方案很简单，根据交通工具运行方法的不同，分解成不同的类即可

方案一

class RoadVehicle{
    public void run(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+" 在公路上运行。。。");
    }
}
class AirVehicle{
    public void run(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+" 在天空上运行。。。");
    }
}
class WaterVehicle{
    public void run(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+" 在水路上运行。。。");
    }
}
。。。

缺点：但是这么做改动很大，还要修改客户端

方案二

class Vehicle{
    public void run(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+" 在公路上运行。。。");
    }
    public void run1(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+" 在铁轨上运行。。。");
    }
    public void run2(String vehicle) {
        System.out.println(vehicle+" 在天空上运行。。。");
    }
}

public static void main(String[] args) {
        Vehicle vehicle = new Vehicle();
        vehicle.run("汽车");
        vehicle.run1("火车");
        vehicle.run2("飞机");
}

但是在类这违反了单一职责原则，在方法上没有

单一职责原则注意事项和细节

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，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

二、接口隔离原则

介绍

我们用代码展现：

代码

//接口
interface Interface1{
    void operation1();
    void operation2();
    void operation3();
    void operation4();
    void operation5();
}

class B implements Interface1{

    @Override
    public void operation1() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("B 实现了operation1");

    }

    @Override
    public void operation2() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("B 实现了operation2");
    }

    @Override
    public void operation3() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("B 实现了operation3");

    }

    @Override
    public void operation4() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("B 实现了operation4");
    }

    @Override
    public void operation5() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("B 实现了operation5");
    }

}
class D implements Interface1{

    @Override
    public void operation1() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("D 实现了operation1");

    }

    @Override
    public void operation2() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("D 实现了operation2");
    }

    @Override
    public void operation3() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("D 实现了operation3");

    }

    @Override
    public void operation4() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("D 实现了operation4");
    }

    @Override
    public void operation5() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("D 实现了operation5");
    }

}

class A{//A通过接口Interface1依赖B,只会使用到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{//A通过接口Interface1依赖D,只会使用到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();
    }

}

拆分接口

interface Interface1{
    void operation1();
}
interface Interface2{
    void operation2();
    void operation3();
}
interface Interface3{
    void operation4();
    void operation5();
}

class B只需要实现interface1和interface2即可

class B implements Interface1,Interface2{

    @Override
    public void operation1() {
        System.out.println("B 实现了operation1");
    }

    @Override
    public void operation2() {
        System.out.println("B 实现了operation2");
    }

    @Override
    public void operation3() {
        System.out.println("B 实现了operation3");

    }

}
class D implements Interface1,Interface3{

    @Override
    public void operation1() {
        System.out.println("D 实现了operation1");

    }
    @Override
    public void operation4() {
        System.out.println("D 实现了operation4");
    }

    @Override
    public void operation5() {
        System.out.println("D 实现了operation5");
    }

}

class A{//A通过接口Interface1,interface2依赖B,只会使用到1，2，3方法
    public void depend1(Interface1 i) {
        i.operation1();
    }
    public void depend2(Interface2 i) {
        i.operation2();
    }
    public void depend3(Interface2 i) {
        i.operation3();
    }
}

class C{//A通过接口Interface1,interface3依赖B,只会使用到1，2，3方法
    public void depend1(Interface1 i) {
        i.operation1();
    }
    public void depend4(Interface3 i) {
        i.operation4();
    }
    public void depend5(Interface3 i) {
        i.operation5();
    }
}

运行一下

public class Segregation1 {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        A a = new A();
        a.depend1(new B()); //A通过接口依赖B
        a.depend2(new B());
        a.depend3(new B());

        C c = new C();
        c.depend1(new D());
        c.depend4(new D());
        c.depend5(new D());
    }

}

三、依赖倒转原则

介绍

依赖倒转原则是指：

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
依赖倒转(倒置)的中心思想是面向接口编程
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
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

案例

简单设计一个Person接受消息的功能：

方案一

一般情况下，我们比较容易想到这样做

public class DependecyInversion {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Person person = new Person();
        person.receive(new Email());
    }
}
class Email{
    public String getInfo() {
        return "电子邮件信息：hello world";
    }
}
class Person{
    public void receive(Email email) {
        System.out.println(email.getInfo());
    }
}

但是，入过我们想获取微信、短信等，则要新增加类，同时Person也要增加新的方法，严重影响可拓展性

方案二

所以在方案二中，我们引入一个抽象类接口IReceiver，表示接收者，这样Person类与接口IReceiver发生依赖，因为Email 、WeiXin等等都属于接受的范围，他们各自实现了IReceiver接口，这样就符合依赖倒转原则

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

    @Override
    public String getInfo() {
        return "电子邮件信息：hello world";
    }

}
class WeiXin implements IReceiver{

    @Override
    public String getInfo() {
        return "微信信息：hello,world";
    }

}
class Person{
    public void receive(IReceiver iReceiver) {
        System.out.println(iReceiver.getInfo());
    }
}

电子邮件信息：hello world
微信信息：hello,world

依赖关系传递的三种方式和应用案例

1. 接口传递

// 方式1： 通过接口传递实现依赖
// 开关的接口
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("长虹电视机，打开");
    }
}

// 实现接口
class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    public void open(ITV tv) {
        tv.play();
    }
}

2. 构造方法传递

interface IOpenAndClose {
    public void open(); // 抽象方法
}

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

class OpenAndClose implements IOpenAndClose {
    public ITV tv; // 成员

    public OpenAndClose(ITV tv) { // 构造器
        this.tv = tv;
    }

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

3. setter方式传递

// 方式3 , 通过setter方法传递
interface IOpenAndClose {
    public void open(); // 抽象方法

    public void setTv(ITV tv);
}

interface ITV { // ITV接口
    public 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() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("长虹电视机，打开");
    }

}

依赖倒转原则的注意事项和细节

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.
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
继承时遵循里氏替换原则

四、里氏替换原则

继承的弊端

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。
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
那么在编程中，该如何正确的使用继承? => 里氏替换原则

什么是里氏替换原则？

里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)在1987年，它由芭芭拉·利斯科夫（Barbara Liskov）提出。
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。
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
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。

案例

我们来看一下这段代码，

输出如下

11-3=8
1-8=-7
----------------------
11-3=14
1-8=9
11+3+9=23

由上述代码可以看出，若类B在继承类A时不注意，重写了父类方法func1就会导致结果与预想的不一致，改变了父类原有的功能

解决

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
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

class Base{
    //更基础的成员与方法写到Base类
    //...
}

class A extends Base{
    public int func1(int num1,int num2) {
        return num1 - num2;
    }   
}

class B extends Base{

    //如果B类需要使用A类的方法，使用组合关系
    private A a = new A();
    public int func1(int a,int b) {
        return a + b;
    }

    public int func2(int a,int b) {
        return func1(a, b)+9;
    }

    public int func4(int a,int b) {
        // B类需要使用A类的方法
        return this.a.func1(a, b);
    }
}

五、开闭原则

什么是开闭原则

开闭原则（Open Closed Principle）是编程中最基础、最重要的设计原则
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。
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。
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。

案例

我们来看看这段代码有什么问题

方案一

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());
        graphicEditor.drawShape(new Circle());
    }

}

//这是一个用于绘图的类 [使用方]
class GraphicEditor {
    //接收Shape对象，然后根据type，来绘制不同的图形
    public void drawShape(Shape s) {
        if (s.m_type == 1)
            drawRectangle(s);
        else if (s.m_type == 2)
            drawCircle(s);
    }

    //绘制矩形
    public void drawRectangle(Shape r) {
        System.out.println(" 绘制矩形 ");
    }

    //绘制圆形
    public void drawCircle(Shape r) {
        System.out.println(" 绘制圆形 ");
    }

}

//Shape类，基类
class Shape {
    int m_type;
}

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

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

优点是比较好理解，简单易操作。
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.
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

//新增画三角形
class Triangle extends Shape {
    Triangle() {
        super.m_type = 3;
    }
}

//接收Shape对象，然后根据type，来绘制不同的图形
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);
}

//绘制三角形
public void drawTriangle(Shape r) {
    System.out.println(" 绘制三角形 ");
}

运行

graphicEditor.drawShape(new Triangle());

改进思路

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 -> 满足了开闭原则

方案二

package com.ljs.principle.ocp.improve;

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());
        graphicEditor.drawShape(new Circle());
        graphicEditor.drawShape(new Triangle());
    }

}

//这是一个用于绘图的类 [使用方]
class GraphicEditor {
    //接收Shape对象，然后根据type，来绘制不同的图形
    public void drawShape(Shape s) {
        s.draw();
    }

}

//Shape类，基类
abstract class Shape {
    public abstract void draw();//抽象方法 
}

class Rectangle extends Shape {

    @Override
    public void draw() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("绘制矩形");

    }
}

class Circle extends Shape {

    @Override
    public void draw() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("绘制圆形 ");
    }
}

//新增画三角形
class Triangle extends Shape {

    @Override
    public void draw() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("绘制三角形 ");
    }
}

六、迪米特法则

介绍

一个对象应该对其他对象保持最少的了解
类与类关系越密切，耦合度越大
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
迪米特法则还有个更简单的定义：只与直接的朋友通信
_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。

案例

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
编程实现上面的功能, 看代码演示

package com.ljs.principle.demeter;

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

public class Demeter1 {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        SchoolManager schoolManager = new SchoolManager();
        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;
    }
}

//管理学院员工的一个管理类
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;
    }
}

//学校的管理类
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) {

        List<CollegeEmployee> list1 = sub.getAllEmployee();
        System.out.println("------------分公司员工------------");
        for (CollegeEmployee e : list1) {
            System.out.println(e.getId());
        }
        List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
        System.out.println("------------学校总部员工------------");
        for (Employee e : list2) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

分析：SchoolManager的直接朋友有那些：Employee、CollegeManage，CollegeEmployee不是直接朋友而是陌生类，这样违背了迪米特法则，CollegeEmployee是以局部变量出现在SchoolManager

改进

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）
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
将输出学院的员工的方法，封装到CollegeManager

//管理学院员工的一个管理类
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;
    }

    public void printEmployee() {
        List<CollegeEmployee> list1 = getAllEmployee();
        System.out.println("------------分公司员工------------");
        for (CollegeEmployee e : list1) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

//学校的管理类
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) {

        sub.printEmployee();

        List<Employee> list2 = this.getAllEmployee();
        System.out.println("------------学校总部员工------------");
        for (Employee e : list2) {
            System.out.println(e.getId());
        }
    }
}

迪米特法则注意事项和细节

迪米特法则的核心是降低类之间的耦合

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

七、合成复用原则

原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承

设计原则的核心思想

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。
针对接口编程，而不是针对实现编程。
为了交互对象之间的松耦合设计而努力

qwq小小舒

https://js6288.github.io/2022/04/04/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F-%E4%B8%83%E5%A4%A7%E5%8E%9F%E5%88%99/

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Java 设计模式

Spring MVC的工作流程与前后端分离的Spring MVC

2022-04-05 学习笔记实习面试

Java spring spring mvc

包装类型的常量池技术

2022-04-04 学习笔记实习面试

Java 面试

设计模式 七大原则

设计模式的七大原则

一、单一职责原则

介绍

以交通工具案例来演示

方案一

方案二

单一职责原则注意事项和细节

二、接口隔离原则

介绍

代码

拆分接口

三、依赖倒转原则

介绍

案例

方案一

方案二

依赖关系传递的三种方式和应用案例

1. 接口传递

2. 构造方法传递

3. setter方式传递

依赖倒转原则的注意事项和细节

四、里氏替换原则

继承的弊端

什么是里氏替换原则？

案例

解决

五、开闭原则

什么是开闭原则

案例

方案一

改进思路

方案二

六、迪米特法则

介绍

案例

改进

迪米特法则注意事项和细节

七、合成复用原则

设计原则的核心思想

你的赏识是我前进的动力

设计模式七大原则