设计模式

设计模式是什么？

设计模式是一种针对于反复提出问题的解决方案，是经过长时间经验和试错而总结出来的一套业务流程；

其目的是为了提高代码的可重用性和可维护性，让代码更容易让人理解，保证代码可靠性；

设计模式所担当的角色和位置

设计模式与算法和软件系统的架构所处在的位置不同

**算法：**是为了解决一套困难及问题所完成的，是一系列解决问题的清晰指令；

**设计模式：**常见问题的通用思想/模版，一种高程度的抽象概念；

软件架构：在知道大型软件系统的各个方面的设计，是凌驾于设计模式之上的；

面向对象

面向对象是什么？

面向对象是一种结构化的编程方法，它通过封装、继承、多态和抽象等特性，使得代码更加模块化、可扩展，并且更容易维护。

模块化思想，可扩展性的思维模式，就是设计模式的一种基本思想。

面向对象设计原则是学习设计模式的基础，设计模式的本质也便是面向对象设计原则；

每种原则都包含着一些设计思想，可以从不同的角度去提升软件中的结构；在进一步前进，就是重构；

重构代码，力求在不改变代码外在行为的前提下，对代码做出修改，以改进程序的内部结构。

UML

UML（统一建模语言）是系统设计中捋清思路所不可获缺的内容；

结构型图

1. 类图（Class Diagram）：系统中类的静态结构，包括类的属性、方法以及类与类之间的关系，如关联、继承、实现等。

2. 对象图（Object Diagram）：是类图的实例，展示类的对象在某一时刻的状态以及对象之间的关系。

3. 组件图（Component Diagram）：描述系统中组件的物理结构以及组件之间的依赖关系，组件可以是代码模块、可执行文件等。

4. 部署图（Deployment Diagram）：显示系统的物理部署，包括硬件设备、软件组件在这些硬件上的部署情况。

5. 包图（Package Diagram）：用于组织和管理模型元素，展示包与包之间的依赖关系，包可以包含类、组件等元素。

行为型图

1. 用例图（Use Case Diagram）：从用户的角度描述系统的功能，展示系统的参与者（用户或外部系统）与系统提供的用例（功能）之间的关系。

2. 活动图（Activity Diagram）：描述系统中各种活动的执行流程，类似于流程图，可用于展示业务流程、算法步骤等。

3. 状态图（State Diagram）：展示对象在其生命周期内的各种状态以及状态之间的转换，适用于描述具有状态变化的对象行为。

4. 序列图（Sequence Diagram）：按时间顺序展示对象之间的交互，强调对象之间消息传递的顺序。

通信图（Communication Diagram）：也用于展示对象之间的交互，但更侧重于对象之间的连接关系和消息传递，不强调时间顺序。

UML类图的各种关系

1. 关联（Association）
   • 含义：表示类之间的一种静态结构，是一种比较 “强” 的关系，比如对象 B 是对象 A 的成员对象。
   • 表示方式：通常用一条实线表示。 动物->鸟
   • 
2. 继承（泛化，Generalization）
   • 含义：用于表示子类与父类之间的关系。子类拥有父类的所有功能。
   • 表示方式：用实线 - 空心箭头，箭头指向基类。 医生->人
   • 
3. 实现（Realize）
   • 含义：是一种类与接口之间的关系。
   • 表示方式：用虚线 - 空心箭头，箭头指向接口。 手机 -> WiFi功能 <<实现>>
   • 
4. 依赖（Dependency）
   • 含义：描述的是某个类的对象在运行期间，可能会用到另一个对象，这是一种比较 “弱” 的关系，不同于关联，比如类 A 成员方法的形参是类 B 的实例对象。
   • 表示方式：用虚线箭头表示。
   • 
5. 组合（Composition）
   • 含义：是一种整体与部分的关系，且部分不能离开整体而单独存在，是一种比聚合还强的关系。
   • 表示方式：带实心菱形的实线，菱形指向整体。
   • 
6. 聚合（Aggregation）
   • 含义：也是描述整体与部分的关系，且部分可以离开整体而单独存在，区别于组合。
   • 表示方式：带空心菱形的实心线，菱形指向整体
   • 

面向对象的七大设计原则

总述

1. 面向对象设计原则

设计原则名称	设计验证简介
单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）	类的职责要单一，不能把太多的职责放到一个类中；
开闭原则（Open-Closed Principle，OCP）	软件实体对扩展是开放的，但修改是关闭的。在不修改原来实体功能的基础上扩展功能；（代理模式）
里式替换原则（Liskov Substitution Principle LSP）	在软件系统中，一个可以接受基类的地方必然要可以接受一个子类对象；
依赖倒转原则（Dependency Inversion Principle DIP）	只针对于抽象层编程，不要针对于具体的类编程；（DI 依赖注入）
接口隔离原则（Interface Segregation Principle ISP）	使用多个专门的接口来取代一个统一的接口；
合成复用原则（Composite Reuse Principle CRP）	在复用功能时，应当尽量多的使用组合和聚合关系，尽量少的使用继承关系；
迪米特法则（Law of Demeter LoD）	一个软件实体对其他实体的引用越少越好，或者说两个类不必彼此之间直接通讯，那么这两个类不应当直接发生相互作用，而是引入第三者进行直接交互；

「设计模式」理解面向对象的七大设计原则，消除代码中的坏味道

单一职责原则

定义：

1. 单一职责原则是最简单的面向对象设计原则，用于控制类粒度的大小；它建议一个对象应该只包含单一的职责。
2. 一旦某个类承担的职责越多，相当于这些职责被耦合在同一个类中，所以它能被复用的可能性就越小。
3. 单一职责原则旨在实现高内聚、低耦合，在很多代码重构的手法中都能见到它的身影，虽然思想简单但是却最难运用，因为只有当你有较强的分析能力后，才能将一个耦合度极高的类分离成几个单独的职责明确的类。

分析

1. 原始方案

• 实现功能：初始化页面、获取数据库连接、根据账号密码获取User数据

2. 重构方案

• 拆离所有的业务逻辑，封装内容，只保留一个main方法；
• 拆分一：在main中导入LoginForm.class执行，后续逻辑，初始化功能的逻辑在该Class的执行；；
• 拆分二：分析业务结构，关联数据库，查询数据，封装数据库持久层的内容UserDao，只提供数据 ，进行查询，不进行DB交互；
• 拆分三：DB交互功能单独封装一个实体类：DButil；

开闭原则

定义

一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。也就是说设计的模块能在不被修改源代码的前提下，对其进行扩展。

开闭原则的切入点：将系统的可变因素封装并抽象到上层。

分析

1. 原始方案

• 问题点： 如果界面类 LoginForm 需要将圆形按钮 CircleButton 改为矩形按钮 RectangleButton，那么不仅要修改 LoginForm 中的按钮类的名字，还要修改 display() 方法适配修改后的按钮。

2. 重构方案

• 根据开闭原则，抽离出来AbstractButton，CircleButton 和RectangleButton 都继承AbstractButton的功能，然后在追加自己的内容；
• 通过配置文件或者set注入的方式，在LoginForm想要增加新的的按钮；
• 修改功能也是同样的道理，使用一个切入点切入，在不动根本的情况下修改之前的内容；
• CircleButton 和RectangleButton 都继承AbstractButton的功能，所以可以使用AbstractButton的原则上也可以使用继承自他的对象；

里式替换原则

定义

1. 里氏替换原则要求所有引用基类（父类）的地方必须透明地使用其子类的对象。
2. 开闭原则的核心是对系统进行抽象化，并且从抽象化导出具象化，从抽象化到具象化的过程则需要里氏替换原则的指导。

分析

1. 原始方案

在实现开闭原则的前提下，需要再对其枪械的种类进行扩展，扩展玩具手枪 ToyGun 类的原始设计方案如下：

2. 引用里氏替换原则后

• ToyGun虽然 继承于Gun，但是是不能执行 killEnemy的，所有是有问题的，不符合 里式替换原则；
• 将ToyGun抽象出来，聚合到 Toy下；
• Soldier完成 kellEnemy是需要依赖 Gun而不是Toy；

依赖倒转原则

定义

简单理解依赖倒转原则，就是要针对接口编程，不要针对实现编程。

依赖倒转原则旨在通过对接口编程颠覆传统的过程型系统：高层依赖低层。其实就是<font style="color:rgb(37, 43, 58);">IOC</font>的控制反转，可以联系Spring的IOC依赖注入的方式。

分析

1. 原始

• 写一个Driver执行Benz和BMW；
• 加一个Audi需要再写一个Audi；长期以往；

2. 使用依赖倒转原则

• 反正实行的都是ICar，使用的一样的方法，抽象出来ICar接口，IDriver执行ICar；
• Benz和BMW实现 ICar；
• Driver实现 IDriver；
• 以上，我们就不需要反复修改我们的代码逻辑，只需要通过注入的方式就可以；譬如，注入BMW，Driver执行BMW；

接口隔离原则

定义

1. 使用接口隔离原则拆分接口时，首先必须满足单一职责原则，将一组相关的操作定义在一个接口中，且在满足高内聚的前提下，接口中的方法越少越好。
2. 在进行系统设计时采用定制服务的方式，即为不同的客户端提供宽窄不同的接口，只提供用户需要的行为，而隐藏用户不需要的行为。

分析

1. 原方案
2. 对应后方案

• 无论是使用一个实现类（如图）还是三个实现类，对于 ClientA 都只能访问它对应的方法，无法访问与之业务无关的另外两个，因为它们是针对抽象接口进行编程的。

合成复用原则

定义

尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的

合成复用原则（又称组合 / 聚合复用原则）也是一条相当重要的原则，为了降低系统中类之间的耦合度，该原则倡导在复用功能时多使用关联关系，少使用继承关系。

对比一下两种复用机制：

• 继承复用：子类只需覆盖父类方法，但关键问题在于父类的内部细节完全暴露给子类，破坏系统的封装性；而且一旦超类发生变化，子类也不得不随之变化，使得子类不够灵活。
• 组合 / 聚合复用：由于组合 / 聚合是将其他对象 B 转化为某对象 A 的成员对象，所以其他对象 B 的内部实现细节对于 A 是完全不可见的，实现了系统的封装性。

链接：https://juejin.cn/post/7072521978095075358

分析

1. 原方案

• DBUtil用于连接数据库，提供getConnection()方法连接DB获取数据库返回对象，两个实体类都需要调用DBUtil.getConnection();，使用继承实现的话 这样就会出现继承服用；
• 在执行时，会调用DBUtil.getConnection();，内容的所有数据库配置等参数都会被执行时发现；
• 如果更改可连接方式或者数据池，原来的DBUtil的方法就不能够被使用了，我们就只能在写一个DBUtilR,或者继承之后再重写一遍DBUtil的方法，这样就违背了前面的开闭原则，整个逻辑就会显得扩展性极差；

2. 修改后

• 图解的我理解的不是很清晰，简要概述下自己的思想
• 不要多用继承，可以在所需的方法中，将要实现的类 引用为所需要的对象，以防止出现上述我所描述的那种现象；
• 在DBUtil中，我们创建 JDBCUtil方法，PoolUtil方法，··· ··· 在使用DBUtil时，我们不用继承，在方法中New一个新的对象DBUtil，或者new一个继承自DBUtil的JDBCUtil/PoolUtil，将其作为我们持久层方法的一个引入的对象，这样我们再进行使用的时候，只会对我们只调用的自己的方法进行使用；

迪米特法则

定义

迪米特法则指导软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用。

又称最少知识原则，不要与不认识的人陌生对象，只自己相关的对象打交道；

朋友的定义范围：

• 当前对象本身
• 依赖对象（以参数形式传出成员方法的对象）
• 当前对象的成员对象
• 成员对象的元素（成员对象是集合的情况，元素可能也是对象）
• 当前对象所创建的对象

当前对象与 ”陌生人“ 保持着微乎其微的依赖关系，它们之间仍是耦合状态，这就需要第三方对象 ”朋友“ 来转发调用二者之间的通信，以降低系统的耦合度，使得类与类之间保持松散的耦合关系；但同时也会降低系统不同模块间的通信效率。高内聚，低耦合 很重要！！

分析

1. 原方案

public class Someone {private Stranger stranger = new Stranger();public void operation1(Friend friend) {Stranger stranger = friend.provideStranger();stranger.operation3();}
}

Someone 类需要调用 ”陌生人“ 的 operation3() 方法，于是通过 ”朋友“ 的 provideStranger() 方法获取到了 Stranger 对象，然后调用该对象的 operation3()。

看似很常见且合理，因为平常我们也是像这样编写代码的，但常见就一定合理吗？其实 Someone 和 Stranger 之间存在一层弱弱的依赖关系，因为 Friend 提供的 Stranger 对象还是在 Someone 方法中进行了调用，仍然存在耦合，违背了迪米特法则的指导思想。

2. 重构方案

public class Someone {public void operation1(Friend friend) {friend.forward();}
}public class Friend {private Stranger stranger = new Stranger();public void forward() {stranger.operation3();}
}

通过 Friend 的转发调用，使得 Someone 与 Stranger 解耦，一旦 Stranger 被替换掉，也不会影响 Someone 源代码的修改。

以上 针对于「设计模式」理解面向对象的七大设计原则，消除代码中的坏味道 的学习，思维模型的学习，受用无穷。