Java设计模式 — 基本原则

摘要

开始系统地学习设计模式相关的知识,对每一个原则或者设计模式主要从下面几点分析学习: 定义:简单地描述其作用 解 […]

开始系统地学习设计模式相关的知识,对每一个原则或者设计模式主要从下面几点分析学习:

  • 定义:简单地描述其作用
  • 解决问题:说明该原则或设计模式解决什么限制条件下的问题。
  • 结构图:绘制相关例子的UML机构图。
  • 代码示例:通过一个例子解释该模式的实现方法。
  • 优缺点:该模式的局限性。

单一职责原则(Single Responsibility Principle)

定义:
一个类只负责一个功能领域的职责;换句话说,就一个类而言,应该只有一个引起它变化的原因。

注意:

  • 职责扩散是单一职责的挑战,应在其扩散到不可控制之前进行代码重构。
  • 只有在逻辑足够简单或者方法数量足够少,才能够违反单一职责
  • 单一职责的优点主要是:降低类的复杂度,提高类的可读性和可维护性。

例子:
重构前:
Java设计模式 -- 基本原则

重构后:
Java设计模式 -- 基本原则

  • 在CustomerDataChart中定义了多种功能,例如数据库连接、查询顾客、显示图标多个职责。
  • 可以将其进行分解成三个类,分别负责不同的职责。

开闭原则(Open-Closed Principle)

定义:
软件实体应该对扩展开放,对修改关闭。

注意:

  • 抽象化设计是开闭原则的关键:用抽象类构架框架,用实现扩展细节。
  • 其它原则和设计模式的整体概括,该原则是主要目标。

例子:
重构前:
Java设计模式 -- 基本原则

重构后:
Java设计模式 -- 基本原则

  • 先前使用type作为显示图类型的判断因子,如果新增一种图,则需要修改ChartDisplay类,违反了向修改封闭的原则。
  • 重新构建一个抽象类AbstractChart类,所有图像显示都需继承实现抽象类,如果有新的显示类只需要扩展一个新类,而不需要修改ChartDisplay类,符合向扩展开放的原则。
  • 这个重构同时也符合依赖倒置的原则,使客户端程序不需要依赖具体实现,而是依赖抽象。
  • 但是这个重构需要客户端知道所有显示图像类。

里氏代换原则(Liskov Substitution Principle)

定义:
所有引用基类(父类)的地方必需能够透明地使用子类对象。

注意:

  • 将一个基类替换成其子类,程序不会产生任何错误和异常;反之则不成立。
  • 里氏代换原则要求不能破坏继承体系,具体表现在:
    1. 子类应该实现父类的所有抽象方法,不要覆盖父类的非抽象方法。
    2. 子类可以增加自己特有的方法。
    3. 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。
    4. 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。

例子:
重构前:
Java设计模式 -- 基本原则

重构后:
Java设计模式 -- 基本原则

  • 重构前,有大量的代码重复,如果增加新的用户,则需要维护EmailSender。
  • 重构后,利用里氏替换原则,能够使用Customer基类的地方,都可以替换为其子类,方便扩展。

依赖倒置原则(Dependency Inversion Principle)

定义:
抽象不依赖于细节,细节依赖于抽象,针对接口编程。

注意:

  • 在程序代码中传递参数或者关联关系式,尽量引用高层的抽象层类。即:使用接口和抽象类进行变量生命、参数类型生命、方法返回类型生命以及数据类型的转换。
  • 当一个对象和其它对象有依赖关系时,可以利用依赖注入的方法将类之间进行解耦。主要有三种:构造注入,Set方法和接口注入。
  • 上述三个原则之间的关系:开闭是原则,里氏是基础,依赖倒置是手段。

参考资料:
深入理解依赖注入

例子:
重构前:
Java设计模式 -- 基本原则

重构后:
Java设计模式 -- 基本原则

  • 重构前如果需要更改不同的DataConvertor就需要更改CustomerDAO的源码。
  • 重构后可以直接利用配置文件指定哪个类,并不需要修改代码。

接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

定义:
使用多个专门的接口,而不是使用功能复杂的单一接口。

注意:

  • 控制接口的粒度,接口不能太小,如果太小会导致系统中接口泛滥,不利于维护;接口也不能太大,太大的接口将违背接口隔离原则,灵活性较差,使用起来很不方便。

例子:
重构前:
Java设计模式 -- 基本原则

重构后:
Java设计模式 -- 基本原则

合成服用原则(Composite ReSUSE Principle)

定义:
又称为组合/聚合复用原则(Composition/Aggregate Reuse Pinciple),尽量使用对象组合,而不是继承来达到复用的目的。

注意:

  • 组合/聚合可以降低类之间的耦合度,并且不会暴漏类的具体实现细节,称为“黑箱复用”;如果是使用继承机型复用,则会将实现细节暴漏给子类,破会系统的封闭性,如果基类变化,子类也随之变化,不具有灵活性,称为“白箱复用”。
  • 一般来说,如果两个类之间是"Has-A"关系,则使用组合/聚合;如果是"Is-A"关系,则使用继承。

例子:
重构前:
Java设计模式 -- 基本原则

重构后:
Java设计模式 -- 基本原则

迪米特法则

定义:
一个软件实体应当尽可能少地与其它实体发生相互作用。

注意:

  • 可以直接相互的作用包括:
    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可以直接访问。
    5. 当前对象创建的对象。
  • 如果其它对象有相互耦合的情况,尽量采用第三者来降低耦合。

例子:
重构前:
Java设计模式 -- 基本原则

重构后:
Java设计模式 -- 基本原则

  • 重构前各个实体相互作用关系复杂,不利于项目维护。
  • 重构后将所有实体的操作和调用信息都交由Mediator进行中转,利于软件功能扩展和维护。

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