软件设计模式是前辈们代码设计经验的总结,可以反复使用。设计模式共分为3大类,创建者模式(5种)、结构型模式(7种)、行为型模式(11种),一共23种设计模式,软件设计一般需要满足7大基本原则。下面通过5章的学习一起来看看设计模式的魅力吧。
目录
1.1、设计模式概述
1.2、设计模式的分类
1.3、UML类图
1.4、设计原则
1.4.1 开闭原则
1.4.2、里式代换原则
1.4.3、依赖倒转原则
1.4.4、接口隔离原则
1.4.5、迪米特法则
1.4.6、合成复用原则
1.4.7、单一职责原则
1.1、设计模式概述
软件设计模式是前辈们代码设计经验的总结,本质上是对面向对象设计原则的实际应用,是对类的封装、继承、多态以及类的关联关系与组合关系的充分理解。
使用设计模式的代码可重用性与可维护性高、可读性强、可以减少软件开发周期,提升开发效率。
1.2、设计模式的分类
创建型模式(5种):本质上就是将对象的创建与使用分离,就是描述怎样去创建对象。
包括:单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者模式
结构型模式(7种):本质上是将类或者对象按照某种布局组成更大的结构。
包括:代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合模式
行为模式(11种):本质是描述类与对象协助完成单个对象无法完成的任务,以及怎么分配职责。
包括:模板方法、策略、命令、责任链、状态、观察者、中介者模式、迭代器、访问者、备忘录、解释器。
1.3、UML类图
类图是面向对象建模的主要组成部门,类图显示了模型的内部结构,主要包括:模型中存在的类、类的属性以及类与类之间的关系等。
1.4、设计原则
设计模式的7大原则,具体如下:
1.开闭原则:软件实体 (类、模块、函数等等) 应该是可以被扩展的,但是不可被修改。
2.里式代换原则:继承的时候尽量不要重写父类的方法,如果重写要保证不破坏原方法的功能。
3.依赖倒转原则:抽象不应该依赖于细节,细节应该依赖于抽象,依赖接口,面向接口编程。
4.接口隔离原则:客户端不应该依赖它不需要的接口,一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。
5.迪米特法则:最少知道原则,它表示一个对象应该对其它对象保持最少的了解。通俗来说就是,只与直接的朋友通信。
6.合成复用原则:通过组合或者聚合的方式替代继承,增强封装性与提升复用的灵活性。
7.单一职责:表示一个模块的组成元素之间的功能相关性,即一个类只负责一项职责。
1.4.1 开闭原则
1.开闭原则:对扩展开放,对修改关闭。扩展源程序的时候,不要修改原有代码,通过使用接口与抽象类实现。
通过定义一个抽象类,抽象类中定义抽象方法,通过多个子类继承抽象类并重写重写抽象方法,同时设置一个中间类用于注入抽象类并调用抽象方法,这样在客户端测试类中就可以实例化中间类,并注入抽象类的子类,即实现了扩展类方法,也没更改代码本身。
1.定义一个抽象类,如下:
/*** @ClassName AbstractSkin* @description: 抽象皮肤类* @author nuist__NJUPT* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public abstract class AbstractSkin {// 显示方法public abstract void display() ;}
2.定义两个子类,继承抽象类并实现抽象方法display
/*** @ClassName DefaultSkin* @description: 默认皮肤* @author nuist__NJUPT* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class DefaultSkin extends AbstractSkin{@Overridepublic void display() {System.out.println("默认皮肤");}}
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName NewSkin* @description: 新皮肤* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class NewSkin extends AbstractSkin {@Overridepublic void display() {System.out.println("新皮肤");}
}
3.定义一个中间类,在中间类中注入抽象类,并调用抽象方法。
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName SogouInput* @description: 搜狗输入法* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class SogouInput {private AbstractSkin abstractSkin ;public void setAbstractSkin(AbstractSkin abstractSkin) {this.abstractSkin = abstractSkin;}public void display(){abstractSkin.display();}
}
4.定义一个客户端测试类,在测试类中实例化中间类,并注入实例化子类,即可调用子类方法
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Client* @description: TODO* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class Client {public static void main(String[] args) {//1.创建搜狗输入法对象SogouInput sogouInput = new SogouInput() ;//2.创建皮肤对象并将皮肤设置到输入法sogouInput.setAbstractSkin(new DefaultSkin());// sogouInput.setAbstractSkin(new NewSkin());//4.显示皮肤sogouInput.display();}}
1.4.2、里式代换原则
里式代换原则:子类可以扩展父类的功能,但是不允许更改父类的内容。
子类继承父类得时候,可以新增方法,但是尽量不要重写父类当中得方法
这里通过定义接口,在接口中定义方法,通过实现类的方式实现接口中方法的功能。
1.定义四边形接口,并定义获取长于宽的方法。
/*** @author nuist__NJUPT* @InterfaceName Quadrilateral* @description: 四边形接口* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public interface Quadrilateral {double getLength() ;double getWidth() ;}
2.定义四边形接口的两个实现类,正方法与长方形。
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Rectangle* @description: 长方形实现类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class Rectangle implements Quadrilateral {private double length ;private double width ;public void setLength(double length) {this.length = length;}public void setWidth(double width) {this.width = width;}@Overridepublic double getLength() {return length;}@Overridepublic double getWidth() {return width;}
}
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Square* @description: 正方形实现类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class Square implements Quadrilateral {private double side ;public double getSide() {return side;}public void setSide(double side) {this.side = side;}@Overridepublic double getLength() {return side;}@Overridepublic double getWidth() {return side;}
}
3.定义测试类,测试通过实现类进行扩充长宽并打印。
import com.company.p1.demo2.Rectangle;/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName RectangleDemo* @description: 测试类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class RectangleDemo {public static void main(String[] args) {Rectangle rectangle = new Rectangle() ;rectangle.setLength(20);rectangle.setWidth(10);resize(rectangle);print(rectangle);}/*** 扩宽方法* @param rectangle*/public static void resize(com.company.p1.demo2.Rectangle rectangle){// 宽比长小则扩充while(rectangle.getLength() >= rectangle.getWidth()){rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);}}/*** 打印长与宽* @param rectangle*/public static void print(Rectangle rectangle){System.out.println("长方形的长为:" + rectangle.getLength());System.out.println("长方形的宽为:" + rectangle.getWidth());}}
1.4.3、依赖倒转原则
依赖倒转原则:模块应该依赖于抽象,就是面向抽象编程,而不是对实现进行编程,这样可以降低客户与实现之间的耦合。具体说就是依赖接口,而不是依赖具体的实现类。
首先定义三个接口,硬盘,内存,cpu的如下:
/*** @author nuist__NJUPT* @InterfaceName HardDisk* @description: 硬盘接口* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public interface HardDisk {// 存储数据public void save(String data) ;// 获取数据public String get() ;
}
/*** @author nuist__NJUPT* @InterfaceName Cpu* @description: CPU接口* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public interface Cpu {public void run() ;}
/*** @author nuist__NJUPT* @InterfaceName Memory* @description: 内存条接口* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public interface Memory {//存储数据的接口public void save() ;}
然后分别定义三个接口的实现类,如下:
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName XiJieHardDisk* @description: 硬盘实现类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class XiJieHardDisk implements HardDisk {@Overridepublic void save(String data) {System.out.println("使用希捷硬盘存储数据");}@Overridepublic String get() {return "从硬盘中获取的数据" ;}
}
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName IntelCpu* @description: Intel的CPU* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class IntelCpu implements Cpu {@Overridepublic void run() {System.out.println("运行Intel的cpu");}
}
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName KingstonMemory* @description: TODO* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class KingstonMemory implements Memory {@Overridepublic void save() {System.out.println("使用金士顿内存条");}
}
然后定义一个中间类,用于依赖这些接口,而不是这些实现类。
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Computer* @description: 计算机类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class Computer {/*** 依赖的是抽象接口,而不是具体的实现类,这样后面增加新的实现类不需要改动Computer* 只需要增加实现类,并且在测试类中进行实例化就可以了*/private HardDisk hardDisk ;private Cpu cpu ;private Memory memory ;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;}/*** 运行计算机的方法*/public void run(){System.out.println("运行计算机");System.out.println("从硬盘上获取的数据:" + hardDisk.get());cpu.run();memory.save();}
}
最后定义测试类,在测试类中实例化中间类与实现类,并调用实现类的方法,在测试类中依赖具体,而不是在中间类,中间类依赖的是抽象的接口。这样在就可以避免中间层的代码修改,只需要增加实现类然后在测试类,也就是客户端修改代码即可。
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName ComputerDemo* @description: 测试类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class ComputerDemo {public static void main(String[] args) {HardDisk hardDisk = new XiJieHardDisk() ;Cpu cpu = new IntelCpu() ;Memory memory = new KingstonMemory() ;Computer computer = new Computer() ;computer.setCpu(cpu);computer.setMemory(memory);computer.setHardDisk(hardDisk);computer.run();}}
1.4.4、接口隔离原则
接口隔离原则:一个类对另外一个类的依赖应该建立在最小的接口上,也就是定义接口的功能最小化,然后通过实现类的方式重写接口中的抽象方法即可,这样可以避免客户端依赖的方法是它并不使用的。
1.定义三个相互隔离的最小化接口,而不是定义一个接口包含三个方法,避免实现类依赖不使用的方法。
/*** @author nuist__NJUPT* @InterfaceName AntiTheft* @description: 防盗接口* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public interface AntiTheft {void antiTheft() ;}
/*** @author nuist__NJUPT* @InterfaceName Fireproof* @description: 防火接口* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public interface Fireproof {void fireproof() ;
}
/*** @author nuist__NJUPT* @InterfaceName Waterproof* @description: 防水接口* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public interface Waterproof {void waterproof() ;
}
2.定义多个实现类,分别实现接口并重写接口中的抽象方法,需要用到接口方法的,才去实现接口。
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName SafeDoor* @description: TODO* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class SafeDoor implements AntiTheft, Fireproof, Waterproof {@Overridepublic void antiTheft() {System.out.println("防盗");}@Overridepublic void fireproof() {System.out.println("防火");}@Overridepublic void waterproof() {System.out.println("防水");}
}
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName SafeDoor2* @description: TODO* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class SafeDoor2 implements AntiTheft, Fireproof{@Overridepublic void antiTheft() {System.out.println("防盗");}@Overridepublic void fireproof() {System.out.println("防火");}
}
3.在测试类中实例化实现类,并调用相应的实现方法。
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Client* @description:测试类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class Client {public static void main(String[] args) {// 实例化对象SafeDoor safeDoor = new SafeDoor() ;safeDoor.antiTheft();safeDoor.fireproof();safeDoor.waterproof();System.out.println("-----------------------------");SafeDoor2 safeDoor2 = new SafeDoor2() ;safeDoor2.antiTheft();safeDoor2.fireproof();}
}
1.4.5、迪米特法则
迪米特法则:最少只知识原则,也就是说如果两个实体无需直接通信,就尽量不要产生直接交互,这样可以降低模块的耦合度,提高模块的独立性。
1、首先定义三个类,分别为公司类、明星类、粉丝类
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Company* @description: 公司类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class Company {private String name ;public Company(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}
}
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Star* @description: 明星类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class Star {private String name ;public Star(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}
}
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Fans* @description: 粉丝类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class Fans {private String name ;public Fans(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}}
2、定义一个经纪人的类,通过该类实现明星与粉丝,以及明星与公司的交互,避免它们直接交互,降低模块的耦合性,提高模块的独立性。
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Agent* @description: 经纪人类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class Agent {private Star star ;private Company company ;private Fans fans ;public Star getStar() {return star;}public void setStar(Star star) {this.star = star;}public Company getCompany() {return company;}public void setCompany(Company company) {this.company = company;}public Fans getFans() {return fans;}public void setFans(Fans fans) {this.fans = fans;}/*** 粉丝见面方法*/public void meeting(){System.out.println("明星:" + star.getName() + "与粉丝:" + fans.getName()+"见面");}/*** 与公司洽谈*/public void business(){System.out.println("明星:" + star.getName() + "与公司:" + company.getName()+"洽谈");}}
3.最后在测试类实例化经纪人类,并调用相应的方法。
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Client* @description: 测试类* @date 2024年01月18日* @version: 1.0*/
public class Client {public static void main(String[] args) {Agent agent = new Agent() ;agent.setStar(new Star("刘德华"));agent.setCompany(new Company("大碗娱乐公司"));agent.setFans(new Fans("张三"));agent.meeting();agent.business();}
}
1.4.6、合成复用原则
合成复用原则:尽量使用组合或者聚合等关联关系来实习复用,而不是通过继承的方式实现复用
因为继承首先破环了类的封装性,父类暴露给子类了,同时子类与父类的耦合度高,另外继承限制了复用的灵活性。
1.4.7、单一职责原则
单一职责原则,通俗的来说就是尽量让一个类中只负责一件事,当然这个还是要结合实际情况来看。有些场景可以一个类中做多件事,然后子类继承并重写方法。
我们假设有两种动物,分别呼吸空气与水,那么可以定义两个类,每个类中定义一个方法。这样满足单一职责原则。
/*** @author nuist__NJUPT* @ClassName Client* @description: 单一职责测试类* @date 2024年01月19日* @version: 1.0*/
class Terrestrial{public void breathe(String animal){System.out.println(animal + "呼吸空气");}
}
class Aquatic{public void breathe(String animal){System.out.println(animal + "呼吸水");}
}public class Client{public static void main(String[] args){Terrestrial terrestrial = new Terrestrial();terrestrial.breathe("牛");terrestrial.breathe("羊");terrestrial.breathe("猪");Aquatic aquatic = new Aquatic();aquatic.breathe("鱼");}
}