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資訊專欄INFORMATION COLUMN

設(shè)計模式7大原則

ky0ncheng / 3154人閱讀

摘要:在面向?qū)ο笤O(shè)計中,可維護性的復(fù)用是以設(shè)計原則為基礎(chǔ)的。面向?qū)ο笤O(shè)計原則為支持可維護性復(fù)用而誕生,這些原則蘊含在很多設(shè)計模式中,它們是從許多設(shè)計方案中總結(jié)出的指導(dǎo)性原則。

面向?qū)ο笤O(shè)計原則 概述

對于面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)的設(shè)計而言,在支持可維護性的同時,提高系統(tǒng)的可復(fù)用性是一個至關(guān)重要的問題,如何同時提高一個軟件系統(tǒng)的可維護性和可復(fù)用性是面向?qū)ο笤O(shè)計需要解決的核心問題之一。在面向?qū)ο笤O(shè)計中,可維護性的復(fù)用是以設(shè)計原則為基礎(chǔ)的。每一個原則都蘊含一些面向?qū)ο笤O(shè)計的思想,可以從不同的角度提升一個軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平。 面向?qū)ο笤O(shè)計原則為支持可維護性復(fù)用而誕生,這些原則蘊含在很多設(shè)計模式中,它們是從許多設(shè)計方案中總結(jié)出的指導(dǎo)性原則。面向?qū)ο笤O(shè)計原則也是我們用于評價一個設(shè)計模式的使用效果的重要指標之一,在設(shè)計模式的學(xué)習(xí)中,大家經(jīng)常會看到諸如“XXX模式符合XXX原則”、“XXX模式違反了XXX原則”這樣的語句。
最常見的7種面向?qū)ο笤O(shè)計原則如下表所示:

1.單一職責(zé)原則 單一職責(zé)定義
一個類只負責(zé)一個功能領(lǐng)域中的相應(yīng)職責(zé),或者可以定義為:就一個類而言,應(yīng)該只有一個引起它變化的原因

從定義中不難思考,一個類的所做的事情越多,也就越難以復(fù)用,因為一旦做的事情多了,職責(zé)的耦合度就變高了所以我們根據(jù)這個原則應(yīng)該將不同職責(zé)封裝在不同類中,不同的變化封裝在不同類中。從我們平常的開發(fā)中不難發(fā)現(xiàn),如果一個類或者方法接口等等只做一件事,那么可讀性很高,并且復(fù)用性也很高,并且一旦需求變化,也容易維護,假如你一個類糅雜多個職責(zé),那么很難維護。

單一職責(zé)舉例分析

從實際業(yè)務(wù)來剝離一個例子:現(xiàn)在有這么一種情況,某租車平臺個人模塊類涉及多個方法,有如下登錄、注冊、支付寶押金支付、微信押金支付、支付寶套餐支付、微信套餐支付、整個結(jié)構(gòu)如下:

      /**
     * 個人模塊
     */
    @Controller
    public class userController{
        /**
         * 登錄
         */
        public void login(){
        }

        /**
         * 注冊
         */
        public void register(){
        }
        /**
         * 押金支付(阿里)
         */
        public void payAliDeposit(){
        }

        /**
         * 押金支付(微信)
         */
        public void payWXDeposit(){
        }

        /**
         * 套餐支付(阿里)
         */
        public void payAliPackage(){
        }

        /**
         * 套餐支付(微信)
         */
        public void payWXPackage(){
        }
    }

我們可以看到很多功能都糅雜在一起,一個類做了那么多事情,很臃腫,別提維護,就連找代碼都很困難,所以我們可以對這個UserController進行拆解,與此同時我們應(yīng)該分包,比如這個應(yīng)該在xxx.xxx.userMoudule下面,可能支付相關(guān)的有公共的方法,登錄抑或也有公共的方法,那邊抽成公共服務(wù)去調(diào)用。

public class LoginController(){}
public class registerController(){}
public class depositPayController(){
    // 支付寶支付
    // 微信支付
}
public class packagePayController(){
    // 支付寶支付
    // 微信支付
}

整個方案實現(xiàn)的目的就是為了解決高耦合,代碼復(fù)用率低下的問題。單一職責(zé)理解起來不難,但是實際操作需要根據(jù)具體業(yè)務(wù)的糅雜度來切割,實際上很難運用。

2.開閉原則 開閉原則簡介

開閉原則是面向?qū)ο蟮目蓮?fù)用設(shè)計的第一塊基石,它是最重要的面向?qū)ο笤O(shè)計原則,定義如下:

一個軟件實體應(yīng)當(dāng)對擴展開放,對修改關(guān)閉。即軟件實體應(yīng)盡量在不修改原有代碼的情況下進行擴展。

軟件實體包括以下幾個部分:

項目或軟件產(chǎn)品中按照一定的邏輯規(guī)則劃分的模塊

抽象和類

方法

注意:開閉原則是指對擴展開放,對修改關(guān)閉,并不是說不做任何的修改

開閉原則的優(yōu)勢

可以使原來的測試代碼依舊可以運行,只需要對擴展的代碼進行測試即可

可以提高代碼的復(fù)用性

可以提高系統(tǒng)的維護性

如何使用開閉原則

抽象約束

通過接口或者抽象類約束擴展,對擴展進行邊界限定,不允許出現(xiàn)在接口或抽象類中不存在的public方法;

參數(shù)類型、引用對象盡量使用接口或者抽象類,而不是實現(xiàn)類;(針對抽象編程)

抽象層盡量保持穩(wěn)定,一旦確定即不允許修改。

元數(shù)據(jù)控制模塊行為

通俗來說就是通過配置文件來操作數(shù)據(jù),spring的控制反轉(zhuǎn)就是一個很典型的例子。

約定優(yōu)于配置

封裝變化

將相同的變化封裝到一個接口或者類中

將不同的變化封裝到不同的類或者接口中(單一職責(zé)的體現(xiàn))

案例
某公司開發(fā)的租車系統(tǒng)有一個押金支付功能,支付方式有支付寶、阿里支付,后期可能還有銀聯(lián)支付、易支付等等,原始的設(shè)計方案如下:

// 客戶端調(diào)用-押金支付選擇支付手段
public class DepositPay {

    void pay(String type){
        if(type.equals("ali")){
            AliPay aliPay = new AliPay();
            aliPay.pay();
        }else if(type.equals("wx")){
            WXPay wxPay = new WXPay();
            wxPay.pay();
        }
    }
}
// 支付寶支付
public class AliPay {
    public void pay() {
        System.out.println("正在使用支付寶支付");
    }
}
// 微信支付
public class WXPay{
    public void pay() {
        System.out.println("正在使用微信支付");
    }
}

在以上代碼中,如果需要增加銀聯(lián)支付,如YLPay,那么就必須要修改DepositPay中的pay方法的源代碼,增加新的判斷邏輯,違反了開閉原則(對修改關(guān)閉,對擴展開放,注意這邊的銀聯(lián)支付相當(dāng)于擴展,所以它沒有違反規(guī)則),所以現(xiàn)在必須重構(gòu)此代碼,讓其遵循開閉原則,做法如下:

增加一個接口,使得各種具體支付實現(xiàn)其接口

DepositPay類針對接口編程,由客戶端來決定具體使用哪種支付方式

重構(gòu)后的圖如下所示:

在上圖中我們引入了接口Pay,定義了pay方法,并且DepositPay是針對接口編程,通過setPayMode()由客戶端來實例化具體的支付方式,在DepositPay的pay()方法中調(diào)用payMode對象來支付。如果需要增加新的支付方式,比如銀聯(lián)支付,只需要讓它也實現(xiàn)Pay接口,在配置文件中配置銀聯(lián)支付即可,依賴注入是實現(xiàn)此開閉原則的一種手段,在這里不贅述,源碼如下:

public interface Pay {
    // 支付
    void pay();
}
public class AliPay implements Pay {
    @Override
    public void pay() {
        System.out.println("正在使用支付寶支付");
    }
}
public class WXPay implements Pay{
    @Override
    public void pay() {
        System.out.println("正在使用微信支付");
    }
}
// 客戶端調(diào)用-押金支付選擇支付手段
public class DepositPay {
    // 支付方式 (這邊可以通過依賴注入的方式來注入)
    // 支付方式可以寫在配置文件中
    // 現(xiàn)在不管你選用何種方式,我都不需要更改
    @Autowired
    Pay payMode;
    void pay(Pay payMode){
        payMode.pay();
    }
}

因為配置文件可以直接編輯,且不需要編譯,所以一般不認為更改配置文件是更改源碼。如果一個系統(tǒng)能做到只需要修改配置文件,無需修改源碼,那么復(fù)合開閉原則。

3.里氏代換原則 里氏替換原則簡介
Barbara Liskov提出:

標準定義:如果對每一個類型為S的對象o1,都有類型為T的對象o2,使得以T定義的所有程序P在所有的對象o1代換o2時,程序P的行為沒有變化,那么類型S是類型T的子類型。

上面的定義可能比較難以理解,簡單理解就是所有引用基類(父類的)地方都可以用子類來替換,且程序不會有任何的異常。但是反過來就不行,所有使用子類的地方則不一定能用基類來替代,很簡單的例子狗是動物,不能說動物是狗,因為可能還有貓。。。。

里氏替換原則是實現(xiàn)開閉原則的重要方式之一,由于使用基類的所有地方都可以用子類來替換,因此在程序中盡量使用基類來定義對象,在運行時確定其子類類型。

里氏替換原則約束

子類必須實現(xiàn)父類的抽象方法,但不得重寫(覆蓋)父類的非抽象(已實現(xiàn))方法。

子類中可以添加特有方法(父類中不存在),此時則無法在以父類定義的對象中使用該方法,除非在使用的時候強轉(zhuǎn)基類成子類進行調(diào)用。

當(dāng)子類覆蓋或?qū)崿F(xiàn)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(dāng)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。

所以我們在運用里氏替換原則的時候,盡量把父類設(shè)計為抽象類或者接口,讓子類繼承父類或者實現(xiàn)接口并實現(xiàn)在父類中聲明的方法,運行時,子類實例替換父類實例,我們可以很方便地擴展系統(tǒng)的功能,同時無須修改原有子類的代碼,增加新的功能可以通過增加一個新的子類來實現(xiàn)。里氏代換原則是開閉原則的具體實現(xiàn)手段之一。
里氏替換原則實戰(zhàn)

某租車系統(tǒng)客戶分為普通用戶(customer)和VIP客戶(VIPCustomer),系統(tǒng)需要提供一個根據(jù)郵箱重置密碼的功能。原始設(shè)計圖:

在編寫重置密碼的時候發(fā)現(xiàn),業(yè)務(wù)邏輯是一樣的,存在著大量的重復(fù)代碼,而且還可能增加新的用戶類型,為了減少代碼重復(fù)性,使用里氏替換原則進行重構(gòu):

圖上重置密碼交由ResetPassword類去處理,只需要傳入Customer類即可,不管任何類型的Customer類,只要繼承自Customer,都可以使用里氏替換原則進行替換,假如有新的類型,我們只需要在配置文件中注入新的類型即可。代碼如下(簡單意會一下):

// 抽象基類
public abstract class Customer {
}
public class CommonCustomer  extends Customer{
}
public class VIPCustomer  extends Customer{
}
// 重置密碼邏輯在這里實現(xiàn),只需要傳入對應(yīng)的類型即可
public class ResetPassword {
    void resetPassword(Customer customer){
    }
}

里氏替換原則是實現(xiàn)開閉原則不可或缺的手段之一,在本例中,通過傳遞參數(shù)使用基類對象,針對抽象編程,從而滿足開閉原則。

4.依賴倒轉(zhuǎn)原則 依賴倒轉(zhuǎn)原則簡介
依賴倒轉(zhuǎn)原則(Dependency Inversion  Principle, DIP):抽象不應(yīng)該依賴于細節(jié),細節(jié)應(yīng)當(dāng)依賴于抽象。換言之,要針對接口編程,而不是針對實現(xiàn)編程。

可以通俗的定義為兩種:

高層次的模塊不應(yīng)該依賴于低層次的模塊,他們都應(yīng)該依賴于抽象。

抽象不應(yīng)該依賴于具體實現(xiàn),具體實現(xiàn)應(yīng)該依賴于抽象。

要求我們在設(shè)計程序的時候盡量使用層次高的抽象層類,即使用接口和抽象類進行變量的聲明、參數(shù)類型聲明、方法返回類型聲明以及數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換等等,同時要注意一個具體類應(yīng)該只實現(xiàn)抽象類或者接口中存在的方法,不要給出多余的方法,這樣抽象類將無法調(diào)用子類增加的方法.我們可以通過配置文件來寫入具體類,這樣一旦程序行為改變,可直接改變配置文件,而不需要更改程序,重新編譯,通過依賴倒轉(zhuǎn)原則來滿足開閉原則。

在實現(xiàn)依賴倒轉(zhuǎn)原則時,我們需要針對抽象層編程,而將具體類的對象通過依賴注入(DependencyInjection, DI)的方式注入到其他對象中,依賴注入是指當(dāng)一個對象要與其他對象發(fā)生依賴關(guān)系時,通過抽象來注入所依賴的對象。常用的注入方式有三種,分別是:構(gòu)造注入,設(shè)值注入(Setter注入)和接口注入

依賴倒轉(zhuǎn)原則實例

這部分可以參照上面開閉原則案例,可以從那例子中看出,開閉原則,依賴倒轉(zhuǎn)原則,里氏替換原則同時出現(xiàn)了,可以說`開閉原則是我們要實現(xiàn)的目標,而里氏替換原則是實現(xiàn)手段之一,而同時里氏替換原則又是依賴倒轉(zhuǎn)原則實現(xiàn)的基礎(chǔ),因為加入沒有這個理論,依賴倒轉(zhuǎn)原則是不成立的,無法針對抽象編程,要注意這3個原則基本都是同時出現(xiàn)的。

5.接口隔離原則 接口隔離原則簡介
接口隔離原則的兩個定義:

1:使用多個專門的接口,而不使用單一的總接口,即客戶端不應(yīng)該依賴那些它不需要的接口

2:類間的依賴關(guān)系應(yīng)該建立在最小的接口上

接口的含義:

一個接口代表一個角色,不應(yīng)該將不同的角色都交給一個接口,因為這樣可能會形成一個臃腫的大接口;

特定語言的接口,表示接口僅僅是提供客戶端需要的行為,客戶端不需要的行為則隱藏起來,應(yīng)當(dāng)為客戶端提供盡可能小的多帶帶的接口,而不要提供大的總接口。

根據(jù)接口隔離原則,我們可明白,每個接口都應(yīng)只承擔(dān)一種相對獨立的角色,不干不該干的事情.

實例演示
場景:模擬動物平時的動作,當(dāng)然也包括人,最初的設(shè)計就是一個總接口IAnimal,里面定義動物會有的一些動作。

代碼如下:

 public interface IAnimal{
        /**
         * 吃飯
         */
        void eat();

        /**
         * 工作
         */
        void work();

        /**
         * 飛行
         */
        void  fly();
    }
 public class Tony implements IAnimal{

        @Override
        public void eat() {
            System.out.println("tony吃");
        }

        @Override
        public void work() {
            System.out.println("tony工作");
        }

        @Override
        public void fly() {
            System.out.println("tony不會飛");
        }
    }
public class Bird implements IAnimal{

        @Override
        public void eat() {
            System.out.println("鳥吃");
        }

        @Override
        public void work() {
            System.out.println("鳥工作");
        }

        @Override
        public void fly() {
            System.out.println("鳥飛");
        }
    }
    

根據(jù)上面的寫法發(fā)現(xiàn)Tony需要實現(xiàn)飛的接口,這很明顯不僅僅是多余,而且不合理,因此需要通過接口隔離原則進行重構(gòu):

/**
 * 抽象動物的行為
 */
public interface IAnimal {
    /**
     * 吃飯
     */
    void eat();

    /**
     * 睡覺
     */
    void sleep();
}
/**
 * 高級動物人 的行為
 */
public interface IAdvancedAnimalBehavior {
    /**
     * 打牌
     */
    void playCard();

    /**
     * 騎車
     */
    void byBike();
}
/**
 * 低級動物的行為
 */
public interface IJuniorAnimalBehavior {
    /**
     * fly
     */
    void fly();
}
/**
 * 實現(xiàn)高級動物人的共通方法
 */
public class AbstractAdvancedAnimal implements IAnimal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("人吃");
    }

    @Override
    public void sleep() {
        System.out.println("人睡");
    }
}
/**
 * 實現(xiàn)低級動物人的共通方法
 */
public class AbstractJuniorAnimal implements IAnimal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("動物吃");
    }

    @Override
    public void sleep() {
        System.out.println("動物睡");
    }
}
// tony
public class Tony extends AbstractAdvancedAnimal implements IAdvancedAnimalBehavior {
    @Override
    public void playCard() {
        System.out.println("tony打牌");
    }

    @Override
    public void byBike() {
        System.out.println("tony騎車");
    }
}
// 鳥
public class Bird extends AbstractJuniorAnimal implements IJuniorAnimalBehavior{
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("鳥飛");
    }
}

重構(gòu)之后,首先定義了一個總的動物接口的大類,然后分別使用了兩個抽象類(一個是高級動物,一個是低級動物)分別去實現(xiàn)這些公共的方法,實現(xiàn)中可以拋出異常,表明繼承此抽象類的類可以選擇性的重寫,可不重寫。之后再定義了兩個行為接口表明高級動物和低級動物所特有的,這樣使得接口之間完全隔離,動物接口不再糅雜各種各樣的角色,當(dāng)然接口的大小尺度還是要靠經(jīng)驗來調(diào)整,不能太小,會造成接口泛濫,也不能太大,會背離接口隔離原則。

6.合成復(fù)用原則 合成復(fù)用原則簡介
合成復(fù)用原則(Composite Reuse Principle, CRP):盡量使用對象組合,而不是繼承來達到復(fù)用的目的。

通過合成復(fù)用原則來使一些已有的對象使之成為對象的一部分,一般通過組合/聚合關(guān)系來實現(xiàn),而盡量不要使用繼承。因為組合和聚合可以降低類之間的耦合度,而繼承會讓系統(tǒng)更加復(fù)雜,最重要的一點會破壞系統(tǒng)的封裝性,因為繼承會把基類的實現(xiàn)細節(jié)暴露給子類,同時如果基類變化,子類也必須跟著改變,而且耦合度會很高。

7.迪米特法則

參考:https://www.cnblogs.com/muzon...
參考:https://blog.csdn.net/lovelio...
參考:https://blog.csdn.net/qq_3496...

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