一、什么是设计模式

设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。项目中合理的运用设计模式可以完美的解决很多问题，每种模式在现在中都有相应的原理来与之对应，每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是它能被广泛应用的原因。简单说：

模式：在某些场景下，针对某类问题的某种通用的解决方案。

场景：项目所在的环境

问题：约束条件，项目目标等

解决方案：通用、可复用的设计，解决约束达到目标。

代码同步更新到github仓库：https://github.com/VmythV/DesignPattern

二、设计模式七大原则

2.1 设计模式的目的

编写软件过程中，程序员面临着来自耦合性，内聚性以及可维护性，可扩展性，重用性，灵活性等多方面的挑战，设计模式是为了让程序(软件)，具有更好

代码重用性 (即：相同功能的代码，不用多次编写)
可读性 (即：编程规范性, 便于其他程序员的阅读和理解)
可扩展性 (即：当需要增加新的功能时，非常的方便，称为可维护)
可靠性 (即：当我们增加新的功能后，对原来的功能没有影响)
使程序呈现高内聚，低耦合的特性

2.2 设计模式七大原则

设计模式原则，其实就是程序员在编程时，应当遵守的原则，也是各种设计模式的基础(即：设计模式为什么这样设计的依据)

设计模式常用的七大原则有:

单一职责原则（SingleResponsibility）
接口隔离原则（Interface Segregation Principle）
依赖倒转(倒置)原则（Dependence Inversion Principle）
里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）
开闭原则（Open Close Principle）
迪米特法则(最少知道原则)（Demeter Principle）
合成复用原则（Composite Reuse Principle）

2.3 单一职责原则（SingleResponsibility）

2.1.1 基本介绍

对类来说的，即一个类应该只负责一项职责。如类 A 负责两个不同职责：职责 1，职责 2。当职责 1 需求变更而改变 A 时，可能造成职责 2 执行错误，所以需要将类 A 的粒度分解为 A1，A2

2.1.2 应用实例

交通工具

https://github.com/VmythV/DesignPattern/tree/master/DP01principle/src/SingleResponsibility

2.1.3 单一职责原则注意事项和细节

降低类的复杂度，一个类只负责一项职责。
提高类的可读性，可维护性
降低变更引起的风险
通常情况下，我们应当遵守单一职责原则，只有逻辑足够简单，才可以在代码级违反单一职责原则；只有类中方法数量足够少，可以在方法级别保持单一职责原则

2.4 接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

2.4.1 基本介绍

客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上
先看一张图:

类 A 通过接口 Interface1 依赖类 B，类 C 通过接口 Interface1 依赖类 D，如果接口 Interface1 对于类 A 和类 C

来说不是最小接口，那么类 B 和类 D 必须去实现他们不需要的方法。

按隔离原则应当这样处理：

将接口 Interface1 拆分为独立的几个接口**(这里我们拆分成 **3 个接口**)**，类 A 和类 C 分别与他们需要的接口建立依赖关系。也就是采用接口隔离原则

2.4.2 应用实例

类 A 通过接口 Interface1 依赖类 B，类 C 通过接口 Interface1 依赖类 D，请编写代码完成此应用实例。

代码实现：

https://github.com/VmythV/DesignPattern/blob/master/DP01principle/src/interfacesegregation/segregation1.java

2.4.3 应传统方法的问题和使用接口隔离原则改进

类 A 通过接口 Interface1 依赖类 B，类 C 通过接口 Interface1 依赖类 D，如果接口 Interface1 对于类 A 和类 C

来说不是最小接口，那么类 B 和类 D 必须去实现他们不需要的方法

将接口 Interface1 拆分为独立的几个接口，类 A 和类 C 分别与他们需要的接口建立依赖关系。也就是采用接口隔离原则
接口 Interface1 中出现的方法，根据实际情况拆分为三个接口

代码实现：

https://github.com/VmythV/DesignPattern/blob/master/DP01principle/src/interfacesegregation/improve/segregation2.java

2.5 依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

2.5.1 基本介绍

依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)是指：

高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象
抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
依赖倒转(倒置)的中心思想是面向接口编程
依赖倒转原则是基于这样的设计理念：相对于细节的多变性，抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建的架构比以细节为基础的架构要稳定的多。在 java 中，抽象指的是接口或抽象类，细节就是具体的实现类
使用接口或抽象类的目的是制定好规范，而不涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给他们的实现类去完成

2.5.2 应用实例

请编程完成 Person 接收消息的功能。

实现方案

https://github.com/VmythV/DesignPattern/blob/master/DP01principle/src/DependenceInversion/DependenceInversion.java

改进

https://github.com/VmythV/DesignPattern/blob/master/DP01principle/src/DependenceInversion/improve/DependenceInversion.java

2.5.3 依赖关系传递的三种方式和应用案例

接口传递
构造方法传递
setter 方式传递

https://github.com/VmythV/DesignPattern/blob/master/DP01principle/src/DependenceInversion/improve/DependencyPass.java

2.5.4 依赖倒转原则的注意事项和细节

低层模块尽量都要有抽象类或接口，或者两者都有，程序稳定性更好.
变量的声明类型尽量是抽象类或接口, 这样我们的变量引用和实际对象间，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和优化
继承时遵循里氏替换原则

2.6 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)

2.6.1 OO 中的继承性的思考和说明

继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法，实际上是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵循这些契约，但是如果子类对这些已经实现的方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。

继承在给程序设计带来便利的同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性，程序的可移植性降低， 增加对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承，则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障

问题提出：在编程中，如何正确的使用继承? => 里氏替换原则

2.6.2 基本介绍

里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)在 1988 年，由麻省理工学院的以为姓里的女士提出的。
如果对每个类型为 T1 的对象 o1，都有类型为 T2 的对象 o2，使得以 T1 定义的所有程序 P 在所有的对象 o1 都代换成 o2 时，程序 P 的行为没有发生变化，那么类型 T2 是类型 T1 的子类型。换句话说，所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。
在使用继承时，遵循里氏替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法
里氏替换原则告诉我们，继承实际上让两个类耦合性增强了，在适当的情况下，可以通过聚合，组合，依赖来解决问题。

2.6.3 一个程序引出的问题和思考

该看个程序, 思考下问题和解决思路

package LiskovSubstitution;

/**
 * @author myth
 * @Date 2021-02-05 18:03:50
 */
public class Liskov {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3));
        System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8));

        System.out.println("-----------------------");

        B b = new B();
        System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3));//这里本意是求出 11-3,由于重写了方法func1，导致出错
        System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));// 1-8
        System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3));
    }
}

// A 类
class A {
    // 返回两个数的差
    public int func1(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}
// B 类继承了 A
// 增加了一个新功能：完成两个数相加,然后和 9 求和
class B extends A {
    //这里，重写了 A 类的方法,  可能是无意识
    public int func1(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    //完成两个数相加,然后和 9 求和
    public int func2(int a, int b) {
        return func1(a, b) + 9;
    }
}

2.6.4 解决方法

我们发现原来运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类 B 无意中重写了父类的方法，造成原有功能出现错误。在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候
通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖，聚合，组合等关系代替.
改进方案

A类和B类都继承Base类，如果B中想要用到A类中的方法，则采用依赖等关系。

代码实现

https://github.com/VmythV/DesignPattern/blob/master/DP01principle/src/LiskovSubstitution/improve/Liskov.java

2.7 开闭原则（Open Close Principle）

2.7.1 基本介绍

开闭原则（Open Closed Principle）是编程中最基础、最重要的设计原则
一个软件实体如类，模块和函数应该对扩展开放**(对提供方)，对修改关闭(对使用方)**。用抽象构建框架，用实现扩展细节。
当软件需要变化时，尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化。
编程中遵循其它原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。

2.7.2 看下面一段代码

看一个画图形的功能。

类图设计，如下:

代码实现

https://github.com/VmythV/DesignPattern/blob/master/DP01principle/src/OpenClose/Ocp.java

2.7.3 方式 1 的优缺点

优点是比较好理解，简单易操作。
缺点是违反了设计模式的 ocp 原则，即对扩展开放(提供方)，对修改关闭(使用方)。即当我们给类增加新功能的时候，尽量不修改代码，或者尽可能少修改代码.
比如我们这时要新增加一个图形种类三角形，我们需要做如下修改，修改的地方较多

2.7.4 改进的思路分析

思路：把创建 Shape 类做成抽象类，并提供一个抽象的 draw 方法，让子类去实现即可，这样我们有新的图形种类时，只需要让新的图形类继承 Shape，并实现 draw 方法即可，使用方的代码就不需要修改，满足了开闭原则

改进后的代码：

https://github.com/VmythV/DesignPattern/blob/master/DP01principle/src/OpenClose/improve/Ocp.java

2.8 迪米特法则（Demeter Principle）

2.8.1 基本介绍

一个对象应该对其他对象保持最少的了解
类与类关系越密切，耦合度越大
迪米特法则(Demeter Principle)又叫最少知道原则，即一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说，对于被依赖的类不管多么复杂，都尽量将逻辑封装在类的内部。对外除了提供的 public 方法，不对外泄露任何信息
迪米特法则还有个更简单的定义：只与直接的朋友通信
直接的朋友：每个对象都会与其他对象有耦合关系，只要两个对象之间有耦合关系，我们就说这两个对象之间是朋友关系。耦合的方式很多，依赖，关联，组合，聚合等。其中，我们称出现成员变量，方法参数，方法返回值中的类为直接的朋友，而出现在局部变量中的类不是直接的朋友。也就是说，陌生的类最好不要以局部变量的形式出现在类的内部。

2.8.2 应用实例

有一个学校，下属有各个学院和总部，现要求打印出学校总部员工 ID 和学院员工的 id
编程实现上面的功能

代码实现

https://github.com/VmythV/DesignPattern/blob/master/DP01principle/src/Demeter/Demeter1.java

2.8.3 应用实例改进

前面设计的问题在于 SchoolManager 中，CollegeEmployee 类并不是 SchoolManager 类的直接朋友 (分析)
按照迪米特法则，应该避免类中出现这样非直接朋友关系的耦合

代码实现

https://github.com/VmythV/DesignPattern/blob/master/DP01principle/src/Demeter/improve/Demeter2.java

2.8.4 迪米特法则注意事项和细节

迪米特法则的核心是降低类之间的耦合
但是注意：由于每个类都减少了不必要的依赖，因此迪米特法则只是要求降低类间(对象间)耦合关系，并不是要求完全没有依赖关系

2.9 合成复用原则（Composite Reuse Principle）

2.9.1 基本介绍

原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承

2.10 设计原则核心思想

找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起。
针对接口编程，而不是针对实现编程。
为了交互对象之间的松耦合设计而努力

三、设计模式的类型

设计模式分为三种类型，共 23 种

创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。
结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
行为型模式：模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式（Interpreter 模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。

注意：不同的书籍上对分类和名称略有差别