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

　　設(shè)計模式六大原則

　　設(shè)計模式原則1：單一職責原則

　　定義：不要存在多于一個導致類變更的原因。通俗的說，即一個類只負責一項職責。

　　問題由來：類T負責兩個不同的職責：職責P1，職責P2。當由于職責P1需求發(fā)生改變而需要修改類T時，有可能會導致原本運行正常的職責P2功能發(fā)生故障。

　　解決方案：遵循單一職責原則。分別建立兩個類T1、T2，使T1完成職責P1功能，T2完成職責P2功能。這樣，當修改類T1時，不會使職責P2發(fā)生故障風險;同理，當修改T2時，也不會使職責P1發(fā)生故障風險。

　　說到單一職責原則，很多人都會不屑一顧。因為它太簡單了。稍有經(jīng)驗的程序員即使從來沒有讀過設(shè)計模式、從來沒有聽說過單一職責原則，在設(shè)計軟件時也會自覺的遵守這一重要原則，因為這是常識。在軟件編程中，誰也不希望因為修改了一個功能導致其他的功能發(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原則。雖然單一職責原則如此簡單，并且被認為是常識，但是即便是經(jīng)驗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?因為有職責擴散。所謂職責擴散，就是因為某種原因，職責P被分化為粒度更細的職責P1和P2。

　　比如：類T只負責一個職責P，這樣設(shè)計是符合單一職責原則的。后來由于某種原因，也許是需求變更了，也許是程序的設(shè)計者境界提高了，需要將職責P細分為粒度更細的職責P1，P2，這時如果要使程序遵循單一職責原則，需要將類T也分解為兩個類T1和T2，分別負責P1、P2兩個職責。但是在程序已經(jīng)寫好的情況下，這樣做簡直太費時間了。所以，簡單的修改類T，用它來負責兩個職責是一個比較不錯的選擇，雖然這樣做有悖于單一職責原則。(這樣做的風險在于職責擴散的不確定性，因為我們不會想到這個職責P，在未來可能會擴散為P1，P2，P3，P4……Pn。所以記住，在職責擴散到我們無法控制的程度之前，立刻對代碼進行重構(gòu)。)

　　舉例說明，用一個類描述動物呼吸這個場景：

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，并不是所有的動物都呼吸空氣的，比如魚就是呼吸水的。修改時如果遵循單一職責原則，需要將Animal類細分為陸生動物類Terrestrial，水生動物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來達成目的雖然違背了單一職責原則，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)功能帶來風險，也許某一天你會發(fā)現(xiàn)程序運行的結(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)]有改動原來的方法，而是在類中新加了一個方法，這樣雖然也違背了單一職責原則，但在方法級別上卻是符合單一職責原則的，因為它并沒有動原來方法的代碼。這三種方式各有優(yōu)缺點，那么在實際編程中，采用哪一中呢?其實這真的比較難說，需要根據(jù)實際情況來確定。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原則;

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

　　遵循單一職責原的優(yōu)點有：

　　可以降低類的復雜度，一個類只負責一項職責，其邏輯肯定要比負責多項職責簡單的多;

　　提高類的可讀性，提高系統(tǒng)的可維護性;

　　變更引起的風險降低，變更是必然的，如果單一職責原則遵守的好，當修改一個功能時，可以顯著降低對其他功能的影響。

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

　　設(shè)計模式原則2：里氏替換原則

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

　　定義1：如果對每一個類型為 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，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。現(xiàn)需要將功能P1進行擴展，擴展后的功能為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，有可能會導致原有功能P1發(fā)生故障。

　　解決方案：當使用繼承時，遵循里氏替換原則。類B繼承類A時，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)實現(xiàn)好的方法(相對于抽象方法而言)，實際上是在設(shè)定一系列的規(guī)范和契約，雖然它不強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，就會對整個繼承體系造成破壞。而里氏替換原則就是表達了這一層含義。

　　繼承作為面向?qū)ο笕筇匦灾唬诮o程序設(shè)計帶來巨大便利的同時，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，如果一個類被其他的類所繼承，則當這個類需要修改時，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。

　　舉例說明繼承的風險，我們需要完成一個兩數(shù)相減的功能，由類A來負責。

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));
	}
} 

　　運行結(jié)果：

　　100-50=50

　　100-80=20

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

　　兩數(shù)相減。

　　兩數(shù)相加，然后再加100。

　　由于類A已經(jīng)實現(xiàn)了第一個功能，所以類B繼承類A后，只需要再完成第二個功能就可以了，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，運行結(jié)果：

　　100-50=150

　　100-80=180

　　100+20+100=220

　　我們發(fā)現(xiàn)原本運行正常的相減功能發(fā)生了錯誤。原因就是類B在給方法起名時無意中重寫了父類的方法，造成所有運行相減功能的代碼全部調(diào)用了類B重寫后的方法，造成原本運行正常的功能出現(xiàn)了錯誤。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，但是整個繼承體系的可復用性會比較差，特別是運用多態(tài)比較頻繁時，程序運行出錯的幾率非常大。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。

　　當子類的方法重載父類的方法時，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。

　　當子類的方法實現(xiàn)父類的抽象方法時，方法的后置條件(即方法的返回值)要比父類更嚴格。

　　看上去很不可思議，因為我們會發(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)該依賴細節(jié);細節(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的代碼來達成。這種場景下，類A一般是高層模塊，負責復雜的業(yè)務(wù)邏輯;類B和類C是低層模塊，負責基本的原子操作;假如修改類A，會給程序帶來不必要的風險。

　　解決方案：將類A修改為依賴接口I，類B和類C各自實現(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事實：相對于細節(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，細節(jié)就是具體的實現(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)細節(jié)的任務(wù)交給他們的實現(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());
	}
} 

　　運行結(jié)果：

　　媽媽開始講故事

　　很久很久以前有一個阿拉伯的故事……

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

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

　　這位母親卻辦不到，因為她居然不會讀報紙上的故事，這太荒唐了，只是將書換成報紙，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。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());
	}
}

　　運行結(jié)果：

　　媽媽開始講故事

　　很久很久以前有一個阿拉伯的故事……

　　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，無論以后怎樣擴展Client類，都不需要再修改Mother類了。這只是一個簡單的例子，實際情況中，代表高層模塊的Mother類將負責完成主要的業(yè)務(wù)邏輯，一旦需要對它進行修改，引入錯誤的風險極大。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險。

　　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，Mother類必須等Book類編碼完成后才可以進行編碼，因為Mother類依賴于Book類。修改后的程序則可以同時開工，互不影響，因為Mother與Book類一點關(guān)系也沒有。參與協(xié)作開發(fā)的人越多、項目越龐大，采用依賴導致原則的意義就越重大?，F(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。

　　在實際編程中，我們一般需要做到如下3點：

　　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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