Java设计模式 -- 基本原则

这两个星期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。

参考资料：

此次学习主要依赖于下面两个技术网站：

设计模式Java版

Java学习助手

文章中出现的图、代码等大部分出自上述两个参考资料，不作为本人的产物。

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：

重构后：

• 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：

重构后：

• 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：

重构后：

• 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：

重构后：

• 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：

重构后：

合成复用原则(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：

重构后：

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：

重构后：

• 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。