【设计模式七大设计原则】

思维导图

1. 单一职责原则

单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）是面向对象设计中的一个重要原则。

一、主要含义

该原则指出，一个类应该只有一个引起它变化的原因。也就是说，一个类应该只负责一项职责。

二、具体解释

职责明确：如果一个类承担了过多的职责，那么当其中一个职责发生变化时，可能会影响到这个类的其他部分，从而导致不必要的修改和潜在的错误。而遵循单一职责原则，每个类的职责明确，修改一个类只会影响到与之相关的一个特定功能，降低了系统的复杂性和维护成本。
提高可维护性：将不同的职责分离到不同的类中，可以使代码更加清晰、易于理解和维护。当需要修改某个功能时，可以快速定位到负责该功能的类，而不会对其他不相关的功能造成影响。
增强可扩展性：当需要添加新的功能时，可以创建新的类来承担这个职责，而不会影响到现有的类。这样可以使系统更加灵活，易于扩展。

三、具体例子

比如有一个员工管理系统，最初设计了一个Employee类，既负责员工的基本信息管理（如姓名、年龄、职位等），又负责员工的考勤记录管理。

class Employee {private String name;private int age;private String position;private List<String> attendanceRecords;// 员工基本信息相关方法public String getName() {return name;}// 省略其他基本信息方法// 考勤记录相关方法public void addAttendanceRecord(String record) {attendanceRecords.add(record);}// 省略其他考勤记录方法
}

这样的设计违反了单一职责原则，因为Employee类承担了员工基本信息管理和考勤记录管理两个职责。如果考勤记录的存储方式发生变化，或者需要添加新的考勤功能，就可能会影响到员工基本信息的部分。

可以将其拆分为两个类：EmployeeInfo类负责员工基本信息管理，AttendanceRecord类负责考勤记录管理。

class EmployeeInfo {private String name;private int age;private String position;// 员工基本信息相关方法public String getName() {return name;}// 省略其他基本信息方法
}class AttendanceRecord {private List<String> records;public void addAttendanceRecord(String record) {records.add(record);}// 省略其他考勤记录方法
}

这样每个类的职责更加单一，提高了系统的可维护性和可扩展性。

2. 接口隔离原则

使用多个小的专门的接口，而不要使用一个大的总接口。

客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

下面看一个例子来理解接口隔离原则

【例】安全门案例

我们需要创建一个黑马品牌的安全门，该安全门具有防火、防水、防盗的功能。可以将防火，防水，防盗功能提取成一个接口，形成一套规范。类图如下：

上面的设计我们发现了它存在的问题，黑马品牌的安全门具有防盗，防水，防火的功能。现在如果我们还需要再创建一个传智品牌的安全门，而该安全门只具有防盗、防水功能呢？很显然如果实现SafetyDoor接口就违背了接口隔离原则，那么我们如何进行修改呢？看如下类图：

代码如下：

AntiTheft（接口）：

public interface AntiTheft {void antiTheft();
}

Fireproof（接口）：

public interface Fireproof {void fireproof();
}

Waterproof（接口）：

public interface Waterproof {void waterproof();
}

HeiMaSafetyDoor（类）：

public class HeiMaSafetyDoor implements AntiTheft,Fireproof,Waterproof {public void antiTheft() {System.out.println("防盗");}public void fireproof() {System.out.println("防火");}public void waterproof() {System.out.println("防水");}
}

ItcastSafetyDoor（类）：

public class ItcastSafetyDoor implements AntiTheft,Fireproof {public void antiTheft() {System.out.println("防盗");}public void fireproof() {System.out.println("防火");}
}

3. 依赖倒转原则

程序要依赖抽象接口而不是具体实现。可以减少系统耦合，从而使系统更加灵活。

高层模块不应该依赖低层模块，两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。简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。

下面看一个例子来理解依赖倒转原则

【例】组装电脑

现要组装一台电脑，需要配件cpu，硬盘，内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常的运行。选择cpu有很多选择，如Intel，AMD等，硬盘可以选择希捷，西数等，内存条可以选择金士顿，海盗船等。

类图如下：

代码如下：

希捷硬盘类（XiJieHardDisk）:

public class XiJieHardDisk implements HardDisk {public void save(String data) {System.out.println("使用希捷硬盘存储数据" + data);}public String get() {System.out.println("使用希捷希捷硬盘取数据");return "数据";}
}

Intel处理器（IntelCpu）：

public class IntelCpu implements Cpu {public void run() {System.out.println("使用Intel处理器");}
}

金士顿内存条（KingstonMemory）：

public class KingstonMemory implements Memory {public void save() {System.out.println("使用金士顿作为内存条");}
}

电脑（Computer）：

public class Computer {private XiJieHardDisk hardDisk; // 依赖了具体的细节private IntelCpu cpu;// 依赖了具体的细节private KingstonMemory memory;// 依赖了具体的细节public IntelCpu getCpu() {return cpu;}public void setCpu(IntelCpu cpu) {this.cpu = cpu;}public KingstonMemory getMemory() {return memory;}public void setMemory(KingstonMemory memory) {this.memory = memory;}public XiJieHardDisk getHardDisk() {return hardDisk;}public void setHardDisk(XiJieHardDisk hardDisk) {this.hardDisk = hardDisk;}public void run() {System.out.println("计算机工作");cpu.run();memory.save();String data = hardDisk.get();System.out.println("从硬盘中获取的数据为：" + data);}
}

测试类（TestComputer）：

测试类用来组装电脑。

public class TestComputer {public static void main(String[] args) {Computer computer = new Computer();computer.setHardDisk(new XiJieHardDisk());computer.setCpu(new IntelCpu());computer.setMemory(new KingstonMemory());computer.run();}
}

上面代码可以看到已经组装了一台电脑，但是似乎组装的电脑的cpu只能是Intel的，内存条只能是金士顿的，硬盘只能是希捷的，这对用户肯定是不友好的，用户有了机箱肯定是想按照自己的喜好，选择自己喜欢的配件。

根据依赖倒转原则进行改进：

代码我们只需要修改Computer类，让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖于各个组件具体的实现类。

类图如下：

电脑（Computer）：

public class Computer {private HardDisk hardDisk; // 依赖的不是具体的细节而是抽象private Cpu cpu;// 依赖的不是具体的细节而是抽象private Memory memory;// 依赖的不是具体的细节而是抽象public HardDisk getHardDisk() {return hardDisk;}public void setHardDisk(HardDisk hardDisk) {this.hardDisk = hardDisk;}public Cpu getCpu() {return cpu;}public void setCpu(Cpu cpu) {this.cpu = cpu;}public Memory getMemory() {return memory;}public void setMemory(Memory memory) {this.memory = memory;}public void run() {System.out.println("计算机工作");}
}

面向对象的开发很好的解决了这个问题，一般情况下抽象的变化概率很小，让用户程序依赖于抽象，实现的细节也依赖于抽象。即使实现细节不断变动，只要抽象不变，客户程序就不需要变化。这大大降低了客户程序与实现细节的耦合度。

4. 里氏替换原则

子类必须能够替换其基类，换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。

里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大。

下面看一个里氏替换原则中经典的一个例子

【例】正方形不是长方形。

在数学领域里，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，我们开发的一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承自长方形。

代码如下：

长方形类（Rectangle）：

public class Rectangle {private double length;private double width;public double getLength() {return length;}public void setLength(double length) {this.length = length;}public double getWidth() {return width;}public void setWidth(double width) {this.width = width;}
}

正方形（Square）：

由于正方形的长和宽相同，所以在方法setLength和setWidth中，对长度和宽度都需要赋相同值。

public class Square extends Rectangle {public void setWidth(double width) {super.setLength(width);super.setWidth(width);}public void setLength(double length) {super.setLength(length);super.setWidth(length);}
}

类RectangleDemo是我们的软件系统中的一个组件，它有一个resize方法依赖基类Rectangle，resize方法是RectandleDemo类中的一个方法，用来实现宽度逐渐增长的效果。

public class RectangleDemo {public static void resize(Rectangle rectangle) {while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);}}//打印长方形的长和宽public static void printLengthAndWidth(Rectangle rectangle) {System.out.println(rectangle.getLength());System.out.println(rectangle.getWidth());}public static void main(String[] args) {Rectangle rectangle = new Rectangle();rectangle.setLength(20);rectangle.setWidth(10);resize(rectangle);printLengthAndWidth(rectangle);System.out.println("============");Rectangle rectangle1 = new Square();rectangle1.setLength(10);resize(rectangle1);printLengthAndWidth(rectangle1);}
}

我们运行一下这段代码就会发现，假如我们把一个普通长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度,代码就会停止，这种行为的结果符合我们的预期；

假如我们再把一个正方形作为参数传入resize方法后，就会看到正方形的宽度和长度都在不断增长，代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。所以，普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。

我们得出结论：在resize方法中，Rectangle类型的参数是不能被Square类型的参数所代替，如果进行了替换就得不到预期结果。因此，Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏代换原则，它们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形。

如何改进呢？此时我们需要重新设计他们之间的关系。抽象出来一个四边形接口(Quadrilateral)，让Rectangle类和Square类实现Quadrilateral接口

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

5.开闭原则

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。

想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类。

因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。

下面以 搜狗输入法 的皮肤为例介绍开闭原则的应用。

【例】搜狗输入法 的皮肤设计。

分析：搜狗输入法 的皮肤是输入法背景图片、窗口颜色和声音等元素的组合。用户可以根据自己的喜爱更换自己的输入法的皮肤，也可以从网上下载新的皮肤。这些皮肤有共同的特点，可以为其定义一个抽象类（AbstractSkin），而每个具体的皮肤（DefaultSpecificSkin和HeimaSpecificSkin）是其子类。用户窗体可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改原代码，所以它是满足开闭原则的。

6.迪米特法则

迪米特法则又叫最少知识原则。它强调一个对象应该对其他对象有尽可能少的了解，只和直接的朋友通信。

只和你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。

其含义是：如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。

迪米特法则中的“朋友”是指：当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。

当前对象的局部变量不是当前对象的朋友

下面看一个例子来理解迪米特法则

【例】明星与经纪人的关系实例

明星由于全身心投入艺术，所以许多日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝的见面会，和媒体公司的业务洽淡等。这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则。

类图如下：

代码如下：

明星类（Star）

public class Star {private String name;public Star(String name) {this.name=name;}public String getName() {return name;}
}

粉丝类（Fans）

public class Fans {private String name;public Fans(String name) {this.name=name;}public String getName() {return name;}
}

媒体公司类（Company）

public class Company {private String name;public Company(String name) {this.name=name;}public String getName() {return name;}
}

经纪人类（Agent）

public class Agent {private Star star;private Fans fans;private Company company;public void setStar(Star star) {this.star = star;}public void setFans(Fans fans) {this.fans = fans;}public void setCompany(Company company) {this.company = company;}public void meeting() {System.out.println(fans.getName() + "与明星" + star.getName() + "见面了。");}public void business() {System.out.println(company.getName() + "与明星" + star.getName() + "洽淡业务。");}
}