一、概述
設計模式筆者之前也學習過一遍，但是慚愧工作中只用到幾種常用的模式，比如單例模式，工廠模式，裝飾者模式等。自己回想起來，發現大部分都差不多忘記了，所以，筆者想把設計模式重新學習一遍，也順便用文字記錄學習的過程，與大家分享。這篇是設計模式的開篇，裡面會講幾個常用的設計原則，也會用程式碼去體現這些設計原則。
二、設計原則
2.1 單一職責
定義：單一職責的英文全稱是Single Responsibility Principle,簡稱SPR。
英文解釋是：There should never be more than one reason for a class to change.
翻譯過來就是，一個類只能有且僅僅有一個原因導致類的變更。
我們用一個例子說明下:
需求場景：設計一個手機，手機包含功能為打電話，掛電話，播放音樂功能。
public interface Imobile {
//打電話
public void call(String number);
//播放音樂
public void playMusic(Object o);
//結束通話電話
public void hangup();
}
複製程式碼上面設計了一個Imobile的介面,宣告瞭打電話，結束通話，播放音樂的方法，我們初步看，覺得這麼設計沒什麼問題，但是如果我們考慮單一職責的話，這個設計就有問題了，其實單一職責最難劃分的就是職責，我們針對這個場景可以給這個電話分為兩個職責，打電話和掛電話是屬於協議管理的，播放音樂其實屬於附屬功能管理，所以這裡的職責就劃分了兩個：1.協議管理;2.附屬功能管理。那麼單一職責的定義就是：一個類只能有且僅僅有一個原因導致類的變更。而上面這個介面中劃分了兩個職責，而且，協議的變動，附屬功能的變動，都會導致介面和類改變，所以，這個介面就是不符合單一職責的。那麼如何讓其滿足單一職責原則呢？我們需要拆分介面，因為協議管理和附屬功能管理兩個彼此並不互相影響，所以我們可以直接拆分為兩個介面，如下：
//協議管理介面
public interface IMobileManager {
//打電話
public void call(String number);
//結束通話電話
public void hangup();
}
//附屬功能介面
public interface Ifunction {
public void playMusic(Object o);
}
複製程式碼這個時候很多人可能不理解，你這麼做的好處是什麼呢？我感覺不到這麼做的好處啊。這裡做一個假設，假設這個時候新增了一部高階手機，它可以保持會話，這個時候協議管理介面需要修改了，需要新增一個保持會話的功能，這個時候實現類也要跟著改變，如果採用第一種設計，那麼所有的電話都要修改。如果有一個玩具手機，它並不會通話，這個時候也要修改這個實現類，這個設計就糟糕了。如果採用了單一職責，玩具手機並不會實現協議管理的介面，只會實現附屬功能介面，所以協議管理的修改並不會導致玩具手機也要修改。
2.1.1 單一職責的好處
- 類的複雜度降低了，各個職責都有清晰明確的定義
- 提高了可讀性，知道什麼介面是幹什麼的
- 提高了可維護性，某個介面的修改不會導致無關類受影響。
2.1.2 單一職責的補充
其實單一職責並不只要求介面，方法也是，我們寫一個方法要能清晰的定義這個方法的職責，比如修改使用者資訊最好就要寫多個方法來實現，不要就只寫一個方法。類似於這樣：
public interface IUserSerivice {
void updateUserInfo(User user);
}
複製程式碼這種設計不清晰，我們應該針對每一個修改都有一個方法，類似於這樣：
public interface IUserSerivice {
void updateUserName(String name,String id);
void updateUserTelPhone(String phone,String id);
void updateUserHomeAddr(String adrr,String id);
}
複製程式碼這樣寫雖然很囉嗦，但是職責很清晰，後續程式碼也好維護，直接就能知道更新了什麼資訊。
2.2 里氏替換
定義：里氏替換原則的英文全稱：Liskov Substitution Principle ,簡稱LSP。
英文解釋：Functions that user pointer or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it.
翻譯:所有引用基類的地方都必須能透明的使用其子類物件。
其實理解這句話很簡單，無非就是父類執行的方法，替換成子類也可以正確執行並且達到一樣的效果。我們先寫一個沒有按照里氏替換原則的程式碼。
public class Father {
public void doSomeThing(Map map){
System.out.println("父類執行啦！");
}
}
public class Son extends Father{
public void doSomeThing(HashMap map) {
System.out.println("子類執行了！");
}
}
public class Client1 {
public static void main(String[] args) {
HashMap map=new HashMap();
Father father=new Father();
father.doSomeThing(map);
}
}
public class Client2 {
public static void main(String[] args) {
HashMap map=new HashMap();
Son son=new Son();
son.doSomeThing(map);
}
}
複製程式碼我們執行客戶端main方法，發現結果輸出為：“父類執行啦！”,我們採用子類替換父類執行doSomeThing() 方法，發現輸出結果是：“子類執行了！”，這和父類執行的結果不一致，不符合里氏替換原則，這裡為什麼沒有執行父類的方法呢？這裡因為是子類過載了父類的方法，客戶端呼叫的引數是HashMap，所以匹配到了子類的方法。那麼我們如何修改就能滿足里氏替換原則呢？其實很簡單，兩種方式。
- 第一，直接繼承，不要重寫父類的非抽象方法。
- 第二，我們過載方法的引數範圍必須大於等於父類的範圍。
第一個好理解，那第二個怎麼理解呢？我們還是用上面那個例子改動下，程式碼如下：
public class Father {
public void doSomeThing(HashMap map){
System.out.println("父類執行啦！");
}
}
public class Son extends Father{
public void doSomeThing(Map map) {
System.out.println("子類執行了！");
}
}
複製程式碼這裡其實就只把子類的引數型別改成了Map,父類的引數型別改成了HashMap, 這樣客戶端宣告的引數型別是HashMap,所以呼叫 son.doSomeThing(map)只會執行父類的方法。
這裡其實可以總結一句：里氏替換原則就是要求，不要重寫父類的非抽象方法，儘量不要過載父類的方法，如果要過載，需要注意方法的前置條件（形參），如果要保持子類的個性化，可以採用新增方法的方式。
2.2.1 里氏替換原則的作用
- 其實最主要的作用就是降級繼承的複雜度，增強程式碼的可維護性
2.3 依賴倒置
定義：依賴倒置英文全稱為：Dependence Inversion Princiole,簡稱DIP。
英文解釋：High level modules should not depend upon low level modules. Both should depend upon abstractions. Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions。
官方翻譯：高層模組不應該依賴低層模組，兩者都應該依賴其抽象；抽象不應該依賴細節，細節應該依賴抽象。
依賴倒置，我們用通俗的解釋就是，平常我們生活中的依賴都是依賴具體細節，比如我要用手機就是具體的某個手機，用電腦就是用具體的某臺電腦，這個依賴倒置就是和我們生活是反的，故稱為倒置，所以依賴倒置就是依賴抽象（介面或者抽象類）。我們同樣用一個例子來說明下：
我們實現一個司機開車的例子，我們可以抽象出2個介面，一個是司機介面，一個是汽車介面。
public interface ICar {
//開汽車方法
public void run();
}
public interface IDriver {
//開車
public void driver(ICar car);
}
//汽車實現類，寶馬車
public class BmwCar implements ICar {
@Override
public void run() {
System.out.println("寶馬車開動啦");
}
}
//司機實現類，C1駕照司機
public class COneDriver implements IDriver {
@Override
public void driver(ICar car) {
System.out.println("我是C1駕照司機");
car.run();
}
}
// 客戶端場景類
public class Client {
public static void main(String[] args) {
ICar bmw=new BmwCar();
IDriver cOneDriver=new COneDriver();
cOneDriver.driver(bmw);
}
}
複製程式碼這裡實現了C1駕照司機開寶馬車的場景，這就是依賴倒置原則的寫法，那如果我不採用依賴倒置會發生什麼情況呢？不依賴倒置也就是說要依賴細節，以上場景就會出現C1駕照車司機只能開寶馬車的情況，這顯然是有問題的。
2.3.1 依賴倒置的規則
根據上面的例子以及我們的分析，我們可以總結出依賴倒置的幾個規則：
- 每個類儘量都有介面或者抽象類，或者抽象類和介面兩者都具備。
- 變數的表面型別儘量是介面或者是抽象類。
- 任何類都不應該從具體的實現類中派生
- 儘量不要重寫基類的方法
2.4 迪米特法則
定義：迪米特法則（Law of Demeter，LoD）也稱為最少知識原則（Least Knowledge Principle，LKP）
迪米特法則通俗的解釋就是，一個類要對其所耦合的類瞭解的儘量少，不管耦合的類內部多麼複雜，都只管其暴露的public方法。迪米特法則另外一種說法是，只和朋友類交流。朋友類的定義：出現在成員變數、方法的輸入輸出引數中的類稱為成員朋友類，而出現在方法體內部的類不屬於朋友類。我們先看一個違法迪米特法則的例子。
場景：我們吃飯要經過客戶點菜，服務員下單，廚師做菜這三個流程，我們來用程式碼設計這個場景。
//廚師介面
public interface ICooker {
//根據訂單做菜
public void cooke(List<Order> orders);
}
//服務員介面
public interface IWaiter {
//下單
public void doOrder(List<String> dishNames);
}
// 訂單實體類
public class Order {
private List<String> dishNames;
public Order(List<String> dishNames) {
this.dishNames = dishNames;
}
public List<String> getDishNames() {
return dishNames;
}
public void setDishNames(List<String> dishNames) {
this.dishNames = dishNames;
}
}
// 服務員實現類
public class ChineseWaiter implements IWaiter {
private ICooker cooker;
public ChineseWaiter(ICooker cooker) {
this.cooker = cooker;
}
@Override
public void doOrder(List<String> dishNames) {
List<Order> cookOrders=new ArrayList<>();
cookOrders.add(new Order(dishNames));
cooker.cooke(cookOrders);
}
}
//廚師實現類
public class ChineseCooker implements ICooker {
@Override
public void cooke(List<Order> orders) {
for (int i = 0; i < orders.size(); i++) {
Order order=orders.get(i);
List<String> dishNames=order.getDishNames();
for (int j = 0; j < dishNames.size(); j++) {
System.out.println("我是中餐廚師，我做："+dishNames.get(j));
}
}
}
}
//場景類
public class Client {
public static void main(String[] args) {
IWaiter waiter=new ChineseWaiter(new ChineseCooker());
List<String> dishNames=new ArrayList<>();
dishNames.add("紅燒魚塊");
dishNames.add("宮保雞丁");
waiter.doOrder(dishNames);
}
}
複製程式碼我們自己思考下，其實上述程式碼中，違法迪米特法則地方就是服務員的實現類，我們發現，服務員實現類ChineseWaiter在實現類中，和非朋友類產生了依賴，這個依賴就是Order類，我們再回顧下朋友類的定義：出現在成員變數、方法的輸入輸出引數中的類稱為成員朋友類，Order類並不滿足這個定義，所以它違反了迪米特法則。那麼我們如何修改滿足迪米特法則呢？我們只要修改服務員實現類和場景類即可，修改後的程式碼如下：
public interface IWaiter {
//下單
public void doOrder(List<Order> orders);
}
public class ChineseWaiter implements IWaiter {
private ICooker cooker;
public ChineseWaiter(ICooker cooker) {
this.cooker = cooker;
}
@Override
public void doOrder(List<Order> orders) {
cooker.cooke(orders);
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
IWaiter waiter=new ChineseWaiter(new ChineseCooker());
List<String> dishNames=new ArrayList<>();
dishNames.add("紅燒魚塊");
dishNames.add("宮保雞丁");
List<Order> orders =new ArrayList<>();
orders.add(new Order(dishNames));
waiter.doOrder(orders);
}
}
複製程式碼這裡把訂單的封裝丟給了場景類中，服務員只依賴他的朋友類廚師類就可以了。那麼這個迪米特法則有什麼作用呢？其實迪米特法則最主要的作用就是降低耦合，從而使得類的複用率得以提高。但是採用迪米特法則後就會導致產生了過多的中間類和跳轉類，導致系統的複雜性提高，所以我們在使用該法則的時候要權衡利弊，還是那句話，沒有最完美的設計，只有最合適的設計。
2.5 介面隔離
英文解釋：Clients should not be forced to depend upon interfaces that they don't use.The dependency of one class to another one should depend on the smallest possible interface.
官方翻譯：客戶端不應該依賴它不需要的介面。類間的依賴關係應該建立在最小的介面上。
介面隔離原則，其實可以理解為介面設計的粒度要儘量小，介面中的方法要儘量少。這裡其實和單一職責很相識，但是有區別，單一職責是職責的劃分要求，每個介面只要表述對應的職責就可以了。但是介面隔離一般是對應於某個模組呼叫，可能只用到某個介面的部分方法，可以更細分。舉例說明：
還是以單一職責的例子，設計手機。之前的程式碼是分為了一個功能介面，一個協議管理介面。程式碼見單一職責部分。我們看看如果是用介面隔離還可以怎麼設計。我們其實還可以對功能介面可以劃分更細的粒度，比如最新的iPhone手機有faceId功能，三星手機有虹膜功能。那這個時候，我還是用一個功能介面，就會導致介面非常冗餘，一個介面有faceid，虹膜，但是實際上有些手機並沒有這些功能，那麼我們就可以對功能介面進行拆分。拆分成這樣：
public interface ISamFunction {
//虹膜功能
public void iris();
}
public interface IAppleFnction {
//faceId 功能
public void faceId();
}
複製程式碼然後如果有手機既有虹膜又有faceId功能，直接實現兩個介面就可以了。這樣就滿足了介面隔離原則。
2.6 開閉原則
英文解釋：Software entities like classes,modules and functions should be open for extension but closed for modifications
官方翻譯：一個軟體實體如類、模組和函式應該對擴充套件開放，對修改關閉
開閉原則，其實是一個總的原則，前面五種原則其實都是開閉原則的具體實現，它並沒有一個具體的設計思路，只是要求我們對設計的類，方法等對擴充套件開放，對修改關閉。掌握了前面五種設計原則，其實也就掌握了開閉原則了，這裡就不舉例說明了。
三、總結
1.單一職責
- 介面，類，方法的劃分要職責單一，不要寫出一個萬能的介面，類和方法，要按照職責，寫出明確職責的介面，類和方法，這樣可讀性好，可維護性高。
2.里氏替換原則
- 父類出現的地方，子類就能出現。它要求，儘量不要重寫父類的非抽象方法，儘量不要過載父類的方法。
3.依賴倒置原則
- 類之間的依賴要依賴抽象（介面或者抽象類），不要依賴具體的實現類，這樣方便後續的擴充套件。
4.迪米特原則
- 不要關注類的內部實現，只關注其public方法，只和自己的朋友類交流。這個原則要求，類的耦合只能是朋友類，朋友類指的是，出現在成員變數、方法的輸入輸出引數中的類。
5.介面隔離
- 要保持介面儘可能的細粒度，不要依賴不相關的介面和方法。這樣才能提高介面的複用率。
6.開閉原則
- 是一個總的原則，是對前面五種原則一個總結的抽象。要求我們設計對擴充套件開放，對修改關閉。這個並不是要求我們不能去修改，我們要根據實際情況，竟可能的進行少的修改，儘可能的保證修改影響的範圍儘可能的小。
最後,上面六個設計原則，都是一種原則，並不是要求我們生搬硬套這幾種原則去寫程式碼，這幾種思想我們要理解消化，根據專案實際情況去設計，去寫程式碼，沒有最好的設計，沒有萬能的設計，沒有一成不變的設計，只有最合適的設計。這裡，分享無印良品的著名設計師原研哉的一個設計理念：
這樣就好
四、參考
《設計模式之蟬》
五、推薦閱讀
《帶你走進java集合之ConcurrentHashMap》