初探设计模式六大原则

mac2024-04-11 29

前言

我想用贴近生活的语句描述一下自己对六种原则的理解。也就是不做专业性的阐述，而是描述一种自己学习后的理解和感受，因为能力一般而且水平有限，也许举的例子不尽妥当，还请谅解原本我是想用JavaScript编写的，但是JavaScript到现在还没有提出接口的概念，而用TypeScript写又感觉普及度还不算特别高，所以还是决定用Java语言编写

P1.单一职责原则(Single Responsibility Principle）

应该有且仅有一个原因引起类的变更（There should never be more than one reason for a class to change）。为了达到这个目标，我们需要对类和业务逻辑进行拆分。划分到合适的粒度，让这些各自执行单一职责的类，各司其职。让每个类尽量行使单一的功能，实现“高内聚”，这个结果也使得类和类之间不会有过多冗余的联系，从而“低耦合”。比如我们现在有了这样一个类 public class People { public void playZhiHu () { System.out.println("玩知乎"); } public void doSports () { System.out.println("打乒乓球"); } public void work () { System.out.println("工作"); } } 现在看起来有点混乱，因为这个类里面混合了三个职责：

玩知乎，这是知乎er的职责

打乒乓球，这是业余运动爱好者的职责

工作，这是“普普通通上班族”的职责（似乎暴露了什么）

OK，正如你所见，既然我们要遵循单一职责，那么怎么做呢？当然是要拆分了我们要根据接口去拆，拆分成三个接口去约束People类（不是把People类拆了哈） // 知乎er public interface ZhiHuer { public void playZhiHu(); } // 上班族 public interface OfficeWorkers { public void work(); } // 业余运动爱好者 public interface AmateurPlayer { public void doSports(); } 然后在People中继承这几个接口 public class People implements ZhiHuer,AmateurPlayer,OfficeWorkers{ public void playZhiHu () { System.out.println("玩知乎"); } public void doSports () { System.out.println("打乒乓球"); } public void work () { System.out.println("工作"); } } 最后创建实例运行一下 public class Index { public static void main (String args []) { People people = new People(); ZhiHuer zhiHuer = new People(); zhiHuer.playZhiHu(); // 输出：玩知乎 OfficeWorkers workers = new People(); workers.work(); // 输出：工作 AmateurPlayer players = new People(); players.doSports(); // 输出：打乒乓球 } } 备注：这个原则不是死的，而是活的，在实际开发中当然还要和业务相结合，不会纯粹为了理论贯彻单一职责，就像数据库开发时候，不会完全遵循“三大范式”，而是允许一定冗余的

P2.里氏替换原则（liskov substitution principle）

里氏替换原则，一种比较好的理解方式是：所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。换句话说，子类必须完全实现父类的功能。凡是父类出现的地方，就算完全替换成子类也不会有什么问题。以上描述来自《设计模式之禅》，刚开始看的时候我有些疑惑，因为一开始觉得：只要继承了父类不都可以调用父类的方法吗？为什么还会有里氏替换所要求的：子类必须完全实现父类的功能呢，难不成继承的子类还可以主动“消除”父类的方法？还真可以，请看父类 public abstract class Father { // 认真工作 public abstract void work(); // 其他方法 }

子类

public class Son extends Father { @Override public void work() { // 我实现了爸爸的work方法，旦我什么也不做！ } } 子类虽然表面上实现了父类的方法，但是他实际上并没有实现父类要求的逻辑。里氏替换原则要求我们避免这种“塑料父子情”，如果出现子类不得不脱离父类方法范围的情况, 采取其他方式处理，详情参考《设计模式之禅》（其实个人觉得《禅》的作者其实讲的“父类”其实着重指的是抽象类）

P3.依赖倒置原则（dependence inversion principle）

很多文章阐述依赖倒置原则都会阐述为三个方面

高层的模块不应该依赖于低层的模块，这两者都应该依赖于其抽象

抽象不应该依赖细节

细节应该依赖抽象

换句话说，高层次的类不应该依赖于，或耦合于低层次的类，相反，这两者都应该通过相关的接口去实现。要面向接口编程，而不是面向实现编程，所以编程的时候并不是按照符合我们逻辑思考的“依赖关系”去编程掉的，这种不符，就是依赖倒置举个例子，类好比是道德，接口好比是法律。道德呢，有上层的也有下层的，春秋时代，孔圣人提出了上层道德理论：“仁”的思想，并进一步细化为低层道德理论：“三纲五常”（高层模块和底层模块），想要以此规约众生，实现天下大同。可是奈何民众的道德终究还是靠不住（没有接口约束的类，可能被混乱修改），何况道德标准是会随物质经济的变化而变化的，孔子时代和我们今天的已经大有不同了。（类可能会发生变化）所以才需要法律来进一步框定和要求道德。（我们用接口来约束和维护“类”，就好比用法律来维护和规约道德一样。）假如未来道德伦理的标杆发生了变化，肯定是先修缮法律，然后再次反向规制和落实道德（面向接口编程，而不是面向实现编程）。我们看下下面没有遵循依赖倒置原则的代码是怎样的，我们设计了两个类：Coder类和Linux类，并且让它们之间产生交互：Coder对象的develop方法接收Linux对象并且输出系统名 // 底层模块1:开发者 public class Coder { public void develop (Linux linux) { System.out.printf("开发者正在%s系统上进行开发%n",linux.getSystemName()); } } // 底层模块2:Linux操作系统 public class Linux { public String name; public Linux(String name){ this.name = name; } public String getSystemName () { return this.name; } } // 高层模块 public class Index { public static void main (String args []) { Coder coder = new Coder(); Linux ubuntu = new Linux("ubuntu系统"); // ubuntu是一种linux操作系统 coder.develop(ubuntu); } } 输出开发者正在ubuntu系统系统上进行开发

但是我们能发现其中的问题：

操作系统不仅仅有Linux家族，还有Windows家族，如果我们现在需要让开发者在windows系统上写代码怎么办呢？我们可能要新建一个Windows类，但是问题来了，Code.develop方法的入参数类型是Linux，这样以来改造就变得很麻烦。让我们利用依赖倒置原则改造一下，我们定义OperatingSystem接口，将windows/Linux抽象成操作系统，这样，OperatingSystem类型的入参就可以接收Windows或者Linux类型的参数了 // 程序员接口 public interface Programmer { public void develop (OperatingSystem OS); } // 操作系统接口 public interface OperatingSystem { public String getSystemName (); } // 低层模块：Linux操作系统 public class Linux implements OperatingSystem{ public String name; public Linux (String name) { this.name = name; } @Override public String getSystemName() { return this.name; } } // 低层模块：Window操作系统 public class Window implements OperatingSystem { String name; public Window (String name) { this.name = name; } @Override public String getSystemName() { return this.name; } } // 低层模块：开发者 public class Coder implements Programmer{ @Override public void develop(OperatingSystem OS) { System.out.printf("开发者正在%s系统上进行开发%n",OS.getSystemName()); } } // 高层模块：测试用 public class Index { public static void main (String args []) { Programmer coder = new Coder(); OperatingSystem ubuntu = new Linux("ubuntu系统"); // ubuntu是一种linux操作系统 OperatingSystem windows10 = new Window("windows10系统"); // windows10 coder.develop(ubuntu); coder.develop(windows10); } } 虽然接口的加入让代码多了一些，但是现在扩展性变得良好多了，即使有新的操作系统加入进来，Coder.develop也能处理

P4. 接口隔离原则（interface segregation principle）

接口隔离原则的要求是：类间的依赖关系应该建立在最小的接口上。这个原则又具体分为两点

接口要足够细化，当然了，这会让接口的数量变多，但是每个接口会具有更加明确的功能

在1的前提下，类应该依赖于“最小”的接口上

举个例子，中秋节其实只过了一个多月，现在假设你有一大盒“五仁月饼”想带回家喂猪，但是无奈的是包包太小放不下，而且一盒沉重的月饼对瘦弱的你是个沉重的负担。这个时候，我们可以把月饼盒子拆开，选出一部分自己需要(wei zhu)的月饼，放进包包里就好啦，既轻便又灵活。还是上代码吧，比如我们有这样一个知乎er的接口，里面涵盖了一些可能的行为。许多知乎用户还会保持友善，同时根据自己的专业知识认真写文章。但也有少数的人会把生活中的负面能量带到网络中 public interface ZhiHuer { // 认真撰文 public void seriouslyWrite(); // 友好评论 public void friendlyComment(); // 无脑抬杠 public void argue(); // 键盘攻击 public void keyboardAttack (); } 我们发现，这个接口可以进一步拆分成两个接口，分别命名为PositiveZhiHuer，NegativeZhihuer。这样，我们就把接口细化到了一个合理的范围 public interface PositiveZhiHuer { // 认真撰文 public void seriouslyWrite(); // 友好评论 public void friendlyComment(); } public interface NegativeZhihuer { // 无脑抬杠 public void argue(); // 键盘攻击 public void keyboardAttack (); } >> 备注:妥善处理单一职责原则和接口隔离原则的关系事实上，有两点要说明一下

单一职责原则和接口隔离原则虽然看起来有点像，好像都是拆分，但是其实侧重点是不一样的，“职责”的粒度其实是比“隔离接口”的粒度要大的

基于1中阐述的原因，其实单一职责原则和接口隔离原则是可能会产生冲突的，因为接口隔离原则要求粒度尽可能要细，但是单一职责原则却不同，它要求拆分既不能过粗，但也不能过细，如果把原本单一职责的接口分成了“两个0.5职责的接口”，那么这就是单一职责所不能允许的了。

当两者冲突时，优先遵循单一职责原则

P5.迪米特原则（law of demeter）

迪米特原则又叫最少知道原则，在实现功能的前提下，一个对象接触的其他对象应该尽可能少，也即类和类之间的耦合度要低。举个例子，我们经常说要“减少无效社交”，不要总是一昧的以交朋友的数量衡量自己的交际能力，否则会让自己很累的，也会难以打理好复杂的人际关系。对于并不很外向的人，多数时候和自己有交集的朋友交往就可以了。我们看下代码：有如下场景，现在你和你的朋友想要玩一个活动，也许是斗地主等游戏，这个时候需要再喊一个人，于是你让你的朋友帮你再叫一个人，有代码如下 // 我的直接朋友 public class MyFriend { // 找他的朋友 public void findHisFriend (FriendOfMyFriend fof) { System.out.println("这是朋友的朋友："+ fof.name); } } // 朋友的朋友，但不是我的朋友 public class FriendOfMyFriend { public String name; public FriendOfMyFriend(String name) { this.name = name; } } // 我 public class Me { public void findFriend (MyFriend myFriend) { System.out.println("我找我朋友"); // 注意这段代码 FriendOfMyFriend fmf = new FriendOfMyFriend("陌生人"); myFriend.findHisFriend(fmf); }; } 这时我们发现一个问题，你和你朋友的朋友并不认识，但是他却出现在了你的“找朋友”的动作当中（在findFriend方法内），这个时候，我们认为这违反了迪米特原则（最少知道原则），迪米特原则我们对于对象关系的处理，要减少“无效社交”，具体原则是

一个类只和朋友类交流，朋友类指的是出现在成员变量、方法的输入输出参数中的类

一个类不和陌生类交流，即没有出现在成员变量、方法的输入输出参数中的类

所谓的“不交流”，就是不要在代码里看到他们我们改造一下上面的代码 // 我朋友 public class MyFriend { public void findHisFriend () { FriendOfMyFriend fmf = new FriendOfMyFriend("陌生人"); System.out.println("这是朋友的朋友："+ fmf.name); } } // 朋友的朋友，但不是我的朋友 public class FriendOfMyFriend { public String name; public FriendOfMyFriend(String name) { this.name = name; } } // 我 public class Me { public void findFriend (MyFriend myFriend) { System.out.println("我找我朋友"); myFriend.findHisFriend(); }; }

P6. 开闭原则（open closed principle）

开闭原则的意思是，软件架构要：对修改封闭，对扩展开放举个例子比如我们现在在玩某一款喜欢的游戏，A键攻击，F键闪现。这个时候我们想，如果游戏能额外给我定制一款“K”键，残血时解锁从而一击OK对手完成5杀，那岂不美哉，这就好比是“对扩展开放”。但是呢，如果游戏突然搞个活动，把闪现/攻击/技能释放的键盘通通换个位置，给你一个“双十一的惊喜”，这恐怕就给人带来惨痛的回忆了。所以我们希望已有的结构不要动，也不能动，要“对修改封闭” （本人不玩游戏，这些是自己查到的，如果错误还请指正）

总结

原则不是死板的而是灵活的

一些原则其实是存在一定的冲突的，重要的是权衡，是掌握好度

六大原则是23种设计模式的灵魂，六大原则指导了设计模式，设计模式体现了六大原则

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