設(shè)計模式的六大原則是什么

設(shè)計模式的六大原則：1、單一職責(zé)原則，其核心就是控制類的粒度大小、將對象解耦、提高其內(nèi)聚性；2、開閉原則，可以通過“抽象約束、封裝變化”來實現(xiàn)；3、里氏替換原則，主要闡述了有關(guān)繼承的一些原則；4、依賴倒置原則，降低了客戶與實現(xiàn)模塊之間的耦合；5、接口隔離原則，是為了約束接口、降低類對接口的依賴性；6、迪米特法則，要求限制軟件實體之間通信的寬度和深度。

本教程操作環(huán)境：windows7系統(tǒng)、java8版、DELL G3電腦。

對于設(shè)計模式，自己很早之前就看了好多本設(shè)計模式書籍，其中一些還看了好幾遍，也一直希望自己能在編碼的時候把這些設(shè)計模式用上去。可是，在日常的打碼中，用的做多的就是單例，其次是觀察者和建造者模式 ( builder ) 用得比較多，其他的基本很少用到。

用不到的原因是還是不能夠理解設(shè)計模式的思想，無法將這些設(shè)計模式和編碼遇到的問題聯(lián)系起來，從而用不到設(shè)計模式。

其實設(shè)計模式的提出都是為了解決一個常見的問題而總結(jié)出來的辦法。所以當(dāng)你思考采用何種設(shè)計模式的時候，你應(yīng)該先問問自己當(dāng)前問題的是什么？根據(jù)問題去選取合適的設(shè)計模式。

等你熟悉了設(shè)計模式的以后，你會發(fā)現(xiàn)部分設(shè)計模式之間存在包含關(guān)系，甚至很相像，但是不同的設(shè)計模式解決的問題是不一樣的。

當(dāng)我們在設(shè)計一個模塊的時候可以從以下幾個角度去考慮：

• 這個模塊與其他模塊的關(guān)系是什么樣的？

• 模塊中哪些部分是不變的，哪些部分是在不斷變化的，是如何變化的？

• 類與類之間的關(guān)系是怎么樣的，為什么需要依賴，怎么可以不依賴？

• 要不要加一個接口？接口的存在是為了解決什么問題？

當(dāng)然，本文并不是教你是如何使用設(shè)計模式。而是講解設(shè)計模式的設(shè)計原則。設(shè)計模式在被設(shè)計出來的時候，也是遵循一些規(guī)則的。

設(shè)計模式六大原則，具體如下：

• 單一職責(zé)原則（類和方法，接口）

• 開閉原則 （擴展開放，修改關(guān)閉）

• 里氏替換原則（基類和子類之間的關(guān)系）

• 依賴倒置原則（依賴抽象接口，而不是具體對象）

• 接口隔離原則（接口按照功能細分）

• 迪米特法則 （類與類之間的親疏關(guān)系）

每一個設(shè)計原則旁邊都有個括號，是用來解釋，或者描述應(yīng)用范圍的。下面將詳細介紹每一個原則。

單一職責(zé)原則的定義（類、方法、接口）

單一職責(zé)原則（Single Responsibility Principle，SRP）又稱單一功能原則。這里的職責(zé)是指類變化的原因，單一職責(zé)原則規(guī)定一個類應(yīng)該有且僅有一個引起它變化的原因，否則類應(yīng)該被拆分（There should never be more than one reason for a class to change）。

該原則提出對象不應(yīng)該承擔(dān)太多職責(zé)，如果一個對象承擔(dān)了太多的職責(zé)，至少存在以下兩個缺點：

• 一個職責(zé)的變化可能會削弱或者抑制這個類實現(xiàn)其他職責(zé)的能力；

• 當(dāng)客戶端需要該對象的某一個職責(zé)時，不得不將其他不需要的職責(zé)全都包含進來，從而造成冗余代碼或代碼的浪費。

單一職責(zé)原則的優(yōu)點

單一職責(zé)原則的核心就是控制類的粒度大小、將對象解耦、提高其內(nèi)聚性。如果遵循單一職責(zé)原則將有以下優(yōu)點。

• 降低類的復(fù)雜度。一個類只負責(zé)一項職責(zé)，其邏輯肯定要比負責(zé)多項職責(zé)簡單得多。

• 提高類的可讀性。復(fù)雜性降低，自然其可讀性會提高。

• 提高系統(tǒng)的可維護性。可讀性提高，那自然更容易維護了。

• 變更引起的風(fēng)險降低。變更是必然的，如果單一職責(zé)原則遵守得好，當(dāng)修改一個功能時，可以顯著降低對其他功能的影響。

單一職責(zé)原則的實現(xiàn)方法

單一職責(zé)原則是最簡單但又最難運用的原則，需要設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)類的不同職責(zé)并將其分離，再封裝到不同的類或模塊中。而發(fā)現(xiàn)類的多重職責(zé)需要設(shè)計人員具有較強的分析設(shè)計能力和相關(guān)重構(gòu)經(jīng)驗。

示例

public interface UserService {          public void login(String username, String password);     public void register(String email, String username, String password);     public void logError(String msg);     public void sendEmail(String email);      }

這段代碼很顯然存在很大的問題，UserService 既要負責(zé)用戶的注冊和登錄，還要負責(zé)日志的記錄和郵件的發(fā)送，并且后者的行為明顯區(qū)別于前者。


假設(shè)我要修改發(fā)送郵件的邏輯就得修改這個類，這時候 qa 還得回歸登錄注冊邏輯，這樣明顯不合理。

因此我們需要進行拆分，根據(jù)具體的職能可將其具體拆分如下：

UserService：只負責(zé)登錄注冊

public interface UserService {      public void login(String username, String password);     public void register(String email, String username, String password);  }

LogService ：只負責(zé)日志


public interface LogService {     public void logError(String msg);  }

EmailService： 只負責(zé)發(fā)送郵件

public interface EmailService {     public void sendEmail(String email);  }

這時候，咱們再去回顧前面提到的優(yōu)點，就能深深體會了。

這里只是講了接口，其實對類也一樣，甚至方法也是一樣的。

對于類來說，根據(jù)類名，確保里面提供的方法都是屬于這個類的。

對于方法，不要把不相關(guān)的對象實例作為參數(shù)傳進來。如果你發(fā)現(xiàn)某個方法依賴某個不相關(guān)的對象，那么這個方法的實現(xiàn)可能就存在問題。

比如 android 中圖片下載后顯示到 imageView 中，我提供如下的方法：

loadImage(String url, ImageView view) { // 下載圖片，展示圖片 }

對于 loadImage 這個方法，參數(shù) url 是ok 的，但是參數(shù) ImageView 卻是不合理的。因為這里做了兩個操作，下載圖片，展示圖片。應(yīng)該將這個方法在進行拆分：

// 下載圖片  loadImage(String url) {  } // 顯示圖片 displayImage(String url, ImageView view) {  // 調(diào)用 getBitmap (url)  獲取圖片 // 獲取圖片后將其設(shè)置到 view 中。  }  // 根據(jù) url 獲取圖片，  getBitmap(String url) {  }

這樣整個邏輯就很清晰。后續(xù)需要修改下載邏輯，也不會影響到展示邏輯。當(dāng)然其實還有個問題是，這兩個方法要不要放在一個類里面？

開閉原則

開閉原則的實現(xiàn)方法：可以通過“抽象約束、封裝變化”來實現(xiàn)開閉原則，即通過接口或者抽象類為軟件實體定義一個相對穩(wěn)定的抽象層，而將相同的可變因素封裝在相同的具體實現(xiàn)類中。

因為抽象靈活性好，適應(yīng)性廣，只要抽象的合理，可以基本保持軟件架構(gòu)的穩(wěn)定。而軟件中易變的細節(jié)可以從抽象派生來的實現(xiàn)類來進行擴展，當(dāng)軟件需要發(fā)生變化時，只需要根據(jù)需求重新派生一個實現(xiàn)類來擴展就可以了。

示例

// 矩形 public class Rectangle {      public double getWidth() {         return width;     }          public double getHeight() {         return height;     }  }

需要計算矩形的面積

// 面積計算器 public class AreaCalculator {      public double area(Rectangle shape){         return shape.getWidth() * shape.getHeight();     } }

假設(shè)這時候，又多了一個圓形類

// 圓形 public class Circular {      public double getRadius(){         return radius;     } }

同樣也需要計算他的面積，這時候就會變成下面這樣子：

public class AreaCalculator {      public double area(Object shape){         if(shape instanceof Rectangle) {             Rectangle rectangle = (Rectangle) shape;             return rectangle.getWidth() * rectangle.getHeight();         } else if (shape instanceof Circular) {             Circular circular = (Circular) shape;             return circular.getRadius() * circular.getRadius() * Math.PI;         } else {             throw new RuntimeException("There is no such type.");         }     } }

這么更改完成，完全沒有問題。但是在真實的生產(chǎn)環(huán)境中，情況更為復(fù)雜，更改涉及的部分較多，那樣就可能導(dǎo)致牽一發(fā)動全身。并且，以前編寫的經(jīng)過測試的一些功能需要重新測試，甚至導(dǎo)致某些功能不可用。

改進版，把計算面積這個公有邏輯變成一個接口：

public interface Shape {      public double getArea();  }   public class Rectangle implements Shape{      public double getWidth() {         return width;     }      public double getHeight() {         return height;     }      public double getArea() {         return getWidth() * getHeight();     }      }

這樣，當(dāng)需求變更，需要計算圓形面積的時候，我們只需創(chuàng)建一個圓形的類，并實現(xiàn) Shape 接口即可:


public class Circular implements Shape {      public double getRadius(){         return radius;     }      public double getArea() {         return getRadius() * getRadius() * Math.PI;     } }

計算三角形面積、四邊形面積... 的時候，我們只需讓它們?nèi)崿F(xiàn) Shape 接口即可，無需修改源代碼。

里氏替換原則

里氏替換原則主要闡述了有關(guān)繼承的一些原則，也就是什么時候應(yīng)該使用繼承，什么時候不應(yīng)該使用繼承，以及其中蘊含的原理。里氏替換原是繼承復(fù)用的基礎(chǔ)，它反映了基類與子類之間的關(guān)系，是對開閉原則的補充，是對實現(xiàn)抽象化的具體步驟的規(guī)范。

里氏替換原則的作用

里氏替換原則的主要作用如下。

• 里氏替換原則是實現(xiàn)開閉原則的重要方式之一。

• 它克服了繼承中重寫父類造成的可復(fù)用性變差的缺點。

• 它是動作正確性的保證。即類的擴展不會給已有的系統(tǒng)引入新的錯誤，降低了代碼出錯的可能性。

• 加強程序的健壯性，同時變更時可以做到非常好的兼容性，提高程序的維護性、可擴展性，降低需求變更時引入的風(fēng)險。

里氏替換原則的實現(xiàn)方法（繼承）

里氏替換原則通俗來講就是：子類可以擴展父類的功能，但不能改變父類原有的功能。也就是說：子類繼承父類時，除添加新的方法完成新增功能外，盡量不要重寫父類的方法。

根據(jù)上述理解，對里氏替換原則的定義可以總結(jié)如下：

• 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(dāng)子類的方法重載父類的方法時，方法的前置條件（即方法的輸入?yún)?shù)）要比父類的方法更寬松

• 當(dāng)子類的方法實現(xiàn)父類的方法時（重寫/重載或?qū)崿F(xiàn)抽象方法），方法的后置條件（即方法的的輸出/返回值）要比父類的方法更嚴格或相等

通過重寫父類的方法來完成新的功能寫起來雖然簡單，但是整個繼承體系的可復(fù)用性會比較差，特別是運用多態(tài)比較頻繁時，程序運行出錯的概率會非常大。

如果程序違背了里氏替換原則，則繼承類的對象在基類出現(xiàn)的地方會出現(xiàn)運行錯誤。

這時其修正方法是：取消原來的繼承關(guān)系，重新設(shè)計它們之間的關(guān)系。

關(guān)于里氏替換原則的例子，最有名的是“正方形不是長方形”。當(dāng)然，生活中也有很多類似的例子，例如，企鵝、鴕鳥和幾維鳥從生物學(xué)的角度來劃分，它們屬于鳥類；但從類的繼承關(guān)系來看，由于它們不能繼承“鳥”會飛的功能，所以它們不能定義成“鳥”的子類。同樣，由于“氣球魚”不會游泳，所以不能定義成“魚”的子類；“玩具炮”炸不了敵人，所以不能定義成“炮”的子類等。

對于正方形和長方形最好的做法是再添加一個父類，他們同時繼承自這個父類。

依賴倒置（抽線細節(jié)）

依賴倒置原則是實現(xiàn)開閉原則的重要途徑之一，它降低了客戶與實現(xiàn)模塊之間的耦合。

由于在軟件設(shè)計中，細節(jié)具有多變性，而抽象層則相對穩(wěn)定，因此以抽象為基礎(chǔ)搭建起來的架構(gòu)要比以細節(jié)為基礎(chǔ)搭建起來的架構(gòu)要穩(wěn)定得多。這里的抽象指的是接口或者抽象類，而細節(jié)是指具體的實現(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)交給它們的實現(xiàn)類去完成。

依賴、倒置原則的作用

依賴倒置原則的主要作用如下。

• 依賴倒置原則可以降低類間的耦合性。

• 依賴倒置原則可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

• 依賴倒置原則可以減少并行開發(fā)引起的風(fēng)險。

• 依賴倒置原則可以提高代碼的可讀性和可維護性。

依賴倒置原則的實現(xiàn)方法

依賴倒置原則的目的是通過要面向接口的編程來降低類間的耦合性，所以我們在實際編程中只要遵循以下4點，就能在項目中滿足這個規(guī)則。

• 每個類盡量提供接口或抽象類，或者兩者都具備。

• 變量的聲明類型盡量是接口或者是抽象類。

• 任何類都不應(yīng)該從具體類派生。

• 使用繼承時盡量遵循里氏替換原則。

依賴倒置原則在“顧客購物程序”中的應(yīng)用。

分析：本程序反映了 “顧客類”與“商店類”的關(guān)系。商店類中有 sell() 方法，顧客類通過該方法購物以下代碼定義了顧客類通過韶關(guān)網(wǎng)店 ShaoguanShop 購物

class Customer {     public void shopping(ShaoguanShop shop) {         //購物         System.out.println（shop.sell());     } }

但是，這種設(shè)計存在缺點，如果該顧客想從另外一家商店（如婺源網(wǎng)店 WuyuanShop）購物，就要將該顧客的代碼修改如下：

class Customer {     public void shopping(WuyuanShop shop) {         //購物         System.out.println(shop.sell());     } }

顧客每更換一家商店，都要修改一次代碼，這明顯違背了開閉原則。

存在以上缺點的原因是：顧客類設(shè)計時同具體的商店類綁定了，這違背了依賴倒置原則。

解決方法是：定義“婺源網(wǎng)店”和“韶關(guān)網(wǎng)店”的共同接口 Shop，顧客類面向該接口編程，其代碼修改如下：

class Customer {     public void shopping(Shop shop) {         //購物         System.out.println(shop.sell());     } }  class Customer {     public void shopping(Shop shop) {         //購物         System.out.println(shop.sell());     } }

這樣，不管顧客類 Customer 訪問什么商店，或者增加新的商店，都不需要修改原有代碼了，其類如下圖所示：

程序代碼如下：

package principle; public class DIPtest {     public static void main(String[] args)     {         Customer wang=new Customer();         System.out.println("顧客購買以下商品：");          wang.shopping(new ShaoguanShop());          wang.shopping(new WuyuanShop());     } } //商店 interface Shop {     public String sell(); //賣 } //韶關(guān)網(wǎng)店 class ShaoguanShop implements Shop {     public String sell()     {         return "韶關(guān)土特產(chǎn)：香菇、木耳……";      }  } //婺源網(wǎng)店 class WuyuanShop implements Shop {     public String sell()     {         return "婺源土特產(chǎn)：綠茶、酒糟魚……";      } }  //顧客 class Customer {     public void shopping(Shop shop)     {         //購物         System.out.println(shop.sell());      } }

程序的運行結(jié)果如下：

顧客購買以下商品： 韶關(guān)土特產(chǎn)：香菇、木耳…… 婺源土特產(chǎn)：綠茶、酒糟魚……

接口隔離原則（接口）

接口隔離原則（Interface Segregation Principle，ISP）要求程序員盡量將臃腫龐大的接口拆分成更小的和更具體的接口，讓接口中只包含客戶感興趣的方法。

2002 年羅伯特·C.馬丁給“接口隔離原則”的定義是：客戶端不應(yīng)該被迫依賴于它不使用的方法（Clients should not be forced to depend on methods they do not use）。該原則還有另外一個定義：一個類對另一個類的依賴應(yīng)該建立在最小的接口上（The dependency of one class to another one should depend on the smallest possible interface）。

以上兩個定義的含義是：要為各個類建立它們需要的專用接口，而不要試圖去建立一個很龐大的接口供所有依賴它的類去調(diào)用。

接口隔離原則和單一職責(zé)都是為了提高類的內(nèi)聚性、降低它們之間的耦合性，體現(xiàn)了封裝的思想，但兩者是不同的：

• 單一職責(zé)原則注重的是職責(zé)，而接口隔離原則注重的是對接口依賴的隔離。

• 單一職責(zé)原則主要是約束類，它針對的是程序中的實現(xiàn)和細節(jié)；接口隔離原則主要約束接口，主要針對抽象和程序整體框架的構(gòu)建。

接口隔離原則的優(yōu)點

接口隔離原則是為了約束接口、降低類對接口的依賴性，遵循接口隔離原則有以下 5 個優(yōu)點。

• 將臃腫龐大的接口分解為多個粒度小的接口，可以預(yù)防外來變更的擴散，提高系統(tǒng)的靈活性和可維護性。

• 接口隔離提高了系統(tǒng)的內(nèi)聚性，減少了對外交互，降低了系統(tǒng)的耦合性。

• 如果接口的粒度大小定義合理，能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；但是，如果定義過小，則會造成接口數(shù)量過多，使設(shè)計復(fù)雜化；如果定義太大，靈活性降低，無法提供定制服務(wù)，給整體項目帶來無法預(yù)料的風(fēng)險。

• 使用多個專門的接口還能夠體現(xiàn)對象的層次，因為可以通過接口的繼承，實現(xiàn)對總接口的定義。

• 能減少項目工程中的代碼冗余。過大的大接口里面通常放置許多不用的方法，當(dāng)實現(xiàn)這個接口的時候，被迫設(shè)計冗余的代碼。

接口隔離原則的實現(xiàn)方法

在具體應(yīng)用接口隔離原則時，應(yīng)該根據(jù)以下幾個規(guī)則來衡量。

• 接口盡量小，但是要有限度。一個接口只服務(wù)于一個子模塊或業(yè)務(wù)邏輯。

• 為依賴接口的類定制服務(wù)。只提供調(diào)用者需要的方法，屏蔽不需要的方法。

• 了解環(huán)境，拒絕盲從。每個項目或產(chǎn)品都有選定的環(huán)境因素，環(huán)境不同，接口拆分的標準就不同深入了解業(yè)務(wù)邏輯。

• 提高內(nèi)聚，減少對外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

對于接口隔離，大家還是可以參考單一職責(zé)提到的示例：

public interface UserService {          public void login(String username, String password);     public void register(String email, String username, String password);     public void logError(String msg);     public void sendEmail(String email);      }

這時候，應(yīng)該就能理解拆分的好處了。

迪米特法則 (類與類之間的關(guān)系)

迪米特法則（Law of Demeter，LoD）又叫作最少知識原則（Least Knowledge Principle，LKP)，產(chǎn)生于 1987 年美國東北大學(xué)（Northeastern University）的一個名為迪米特（Demeter）的研究項目，由伊恩·荷蘭（Ian Holland）提出，被 UML 創(chuàng)始者之一的布奇（Booch）普及，后來又因為在經(jīng)典著作《程序員修煉之道》（The Pragmatic Programmer）提及而廣為人知。

迪米特法則的定義是：只與你的直接朋友交談，不跟“陌生人”說話（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。其含義是：如果兩個軟件實體無須直接通信，那么就不應(yīng)當(dāng)發(fā)生直接的相互調(diào)用，可以通過第三方轉(zhuǎn)發(fā)該調(diào)用。其目的是降低類之間的耦合度，提高模塊的相對獨立性。

迪米特法則中的“朋友”是指：當(dāng)前對象本身、當(dāng)前對象的成員對象、當(dāng)前對象所創(chuàng)建的對象、當(dāng)前對象的方法參數(shù)等，這些對象同當(dāng)前對象存在關(guān)聯(lián)、聚合或組合關(guān)系，可以直接訪問這些對象的方法。

迪米特法則的優(yōu)點

迪米特法則要求限制軟件實體之間通信的寬度和深度，正確使用迪米特法則將有以下兩個優(yōu)點。

• 降低了類之間的耦合度，提高了模塊的相對獨立性。

• 由于親合度降低，從而提高了類的可復(fù)用率和系統(tǒng)的擴展性。

但是，過度使用迪米特法則會使系統(tǒng)產(chǎn)生大量的中介類，從而增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，使模塊之間的通信效率降低。所以，在釆用迪米特法則時需要反復(fù)權(quán)衡，確保高內(nèi)聚和低耦合的同時，保證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰。

迪米特法則的實現(xiàn)方法

從迪米特法則的定義和特點可知，它強調(diào)以下兩點：

• 從依賴者的角度來說，只依賴應(yīng)該依賴的對象。

• 從被依賴者的角度說，只暴露應(yīng)該暴露的方法。

所以，在運用迪米特法則時要注意以下 6 點。

• 在類的劃分上，應(yīng)該創(chuàng)建弱耦合的類。類與類之間的耦合越弱，就越有利于實現(xiàn)可復(fù)用的目標。

• 在類的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，盡量降低類成員的訪問權(quán)限。

• 在類的設(shè)計上，優(yōu)先考慮將一個類設(shè)置成不變類。

• 在對其他類的引用上，將引用其他對象的次數(shù)降到最低。

• 不暴露類的屬性成員，而應(yīng)該提供相應(yīng)的訪問器（set 和 get 方法）。

• 謹慎使用序列化（Serializable）功能

明星與經(jīng)紀人的關(guān)系實例。

分析：明星由于全身心投入藝術(shù)，所以許多日常事務(wù)由經(jīng)紀人負責(zé)處理，如與粉絲的見面會，與媒體公司的業(yè)務(wù)洽淡等。這里的經(jīng)紀人是明星的朋友，而粉絲和媒體公司是陌生人，所以適合使用迪米特法則，其類圖如下圖所示。

代碼如下：

package principle; public class LoDtest {     public static void main(String[] args)     {         Agent agent=new Agent();         agent.setStar(new Star("林心如"));         agent.setFans(new Fans("粉絲韓丞"));         agent.setCompany(new Company("中國傳媒有限公司"));         agent.meeting();         agent.business();     } } //經(jīng)紀人 class Agent {     private Star myStar;     private Fans myFans;     private Company myCompany;     public void setStar(Star myStar)     {         this.myStar=myStar;     }     public void setFans(Fans myFans)     {         this.myFans=myFans;     }     public void setCompany(Company myCompany)     {         this.myCompany=myCompany;     }     public void meeting()     {         System.out.println(myFans.getName()+"與明星"+myStar.getName()+"見面了。");     }     public void business()     {         System.out.println(myCompany.getName()+"與明星"+myStar.getName()+"洽淡業(yè)務(wù)。");     } } //明星 class Star {     private String name;     Star(String name)     {         this.name=name;     }     public String getName()     {         return name;     } } //粉絲 class Fans {     private String name;     Fans(String name)     {         this.name=name;     }     public String getName()     {         return name;     } } //媒體公司 class Company {     private String name;     Company(String name)     {         this.name=name;     }     public String getName()     {         return name;     } }

程序的運行結(jié)果如下：

粉絲韓丞與明星林心如見面了。 中國傳媒有限公司與明星林心如洽淡業(yè)務(wù)。

到此，設(shè)計模式的六大原則就講完了。