設計模式的分類

整體來講設計模式分為3大類：

• 創(chuàng)建型模式，共5種：工廠方法模式、抽象工廠模式、單例模式、建造者模式、原型模式。
• 結構型模式，共7種：適配器模式、裝潢器模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。
• 行動型模式，共101種：策略模式、模板方法模式、視察者模式、迭代子模式、責任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態(tài)模式、訪問者模式、中介者模式、解釋器模式。

6大原則

單1職責原則Single Responsibility Principle

定義：1個類或1個接口，最好只負責1項職責。

問題由來：類T負責兩個不同的職責P1和P2。由于職責P1需要產生改變而需要修改T類時，有可能致使原來運行正常的職責P2功能產生故障。

解決方法：遵守單1職責原則。分別建立兩個類T1和T2，使類T1負責職責P1，類T2負責職責P2。這樣，當修改類T1也不會影響職責P2；同理，當修改類T2時不會影響職責P1。

有時候也會有背背這1原則的代碼存在。由于有職責分散，就是由于某種緣由，職責P被分化為粒度更細的職責P1和P2。比如：類T只負責1個職責P，這樣設計是符合單1職責原則的。后來由于某種緣由，或許是需求變更了，或許是程序的設計者境地提高了，需要將職責P細分為粒度更細的職責P1，P2，這時候如果要使程序遵守單1職責原則，需要將類T也分解為兩個類T1和T2，分別負責P1、P2兩個職責。但是在程序已寫好的情況下，這樣做簡直太費時間了。所以，簡單的修改類T，用它來負責兩個職責是1個比較不錯的選擇，雖然這樣做有悖于單1職責原則。這樣做的風險在于職責分散的不肯定性，由于我們不會想到這個職責P，在未來可能會分散為P1，P2，P3，P4，Pn。所以記住，在職責分散到我們沒法控制的程度之前，立刻對代碼進行重構。
舉例說明，用1個類描寫動物呼吸這個場景：

程序上線后，發(fā)現(xiàn)問題了，其實不是所有的動物都呼吸空氣的，比如魚就是呼吸水的。修改時如果遵守單1職責原則，需要Animal類細分為陸生動物類Terrestrial，水生動物Aquatic，代碼以下：

我們會發(fā)現(xiàn)如果這樣修改花消是很大的，除將原來的類分解以外，還需要修改客戶端。而直接修改類Animal來達成目的雖然背背了單1職責原則，但花消卻小的多，代碼以下：

可以看到，這類修改方式要簡單的多。但是卻存在著隱患：有1天需要將魚分為呼吸淡水的魚和呼吸海水的魚，則又需要修改Animal類的breathe方法，而對原有代碼的修改會對調用豬，牛，羊等相干功能帶來風險，或許某1天你會發(fā)現(xiàn)程序運行的結果變成牛呼吸水了。
這類修改方式直接在代碼級別上背背了單1職責原則，雖然修改起來最簡單，但隱患卻是最大的。還有1種修改方式：

可以看到，這類修改方式?jīng)]有改動原來的方法，而是在類中新加了1個方法，這樣雖然也背背了單1職責原則，但在方法級別上卻是符合單1職責原則的，由于它并沒有動原來方法的代碼。這3種方式各有優(yōu)缺點，那末在實際編程中，需要根據(jù)實際情況來肯定。我的原則是：只有邏輯足夠簡單，才可以在代碼級別上違背單1職責原則；只有類中方法數(shù)量足夠少，才可以在方法級別上違背單1職責原則；

遵守單1職責原的優(yōu)點有：類的復雜性將下降，簡單明細的代碼將使可讀性將大大提高，自但是然可保護性亦將同步提高。變更引發(fā)的風險下降，變更是必定的，如果單1職責原則遵照的好，當修改1個功能時，可以顯著下降對其他功能的影響。

里氏替換原則Liskov Substitution Principle

肯定有很多人跟我剛看到這項原則的時候1樣，對這個原則的名字充滿疑惑。其實緣由就是這項原則最早是在1988年，由麻省理工學院的1位姓里的女士（Barbara Liskov）提出來的。

里氏替換原則的核心精神是：在使用基類的的地方可以任意使用其子類，能保證子類完善替換基類；這1精神實際上是對繼承機制束縛規(guī)范的體現(xiàn)。在父類和子類的具體實現(xiàn)中，嚴格控制繼承層次中的關系特點，以保證用子類替換基類時，程序行動不產生問題，且能正常進行下去。

里氏替換原則主要發(fā)力點是繼承基礎上的抽象和多態(tài)，具體就是子類必須實現(xiàn)父類的方法，是重寫；這里要注意重寫（Override）與重載（Overload）的辨別，即便參數(shù)的數(shù)據(jù)范圍產生變化，也能將重寫變成重載！而你本來只是想把所繼承的方法完善的具體點兒！如果是這樣的話絕對會引發(fā)以后業(yè)務邏輯的混亂。

里氏替換原則是關于繼承機制的設計原則，違背里氏替換原則將會使繼承變的1塌胡涂；而遵守里氏替換原則能夠保證系統(tǒng)具有良好的的拓展性，我們可以隨時根據(jù)需要增改不同的子類，這將大大增強程序的硬朗性，讓版本的升級可以做到非常好的兼容；同時基于多態(tài)的抽象機制，能夠很好的減少代碼冗余，避免運行期的類型辨別等；而在項目的實行中不同的子類對應著不同的業(yè)務，使用父類做參數(shù)，不同子類可以輪番上陣，必定強大！

定義2：所有援用基類的地方必須能透明地使用其子類的對象。

問題由來：有1功能P1，由類A完成。現(xiàn)需要將功能P1進行擴大，擴大后的功能為P，其中P由原有功能P1與新功能P2組成。新功能P由類A的子類B來完成，則子類B在完成新功能P2的同時，有可能會致使原有功能P1產生故障。

解決方案：當使用繼承時，遵守里氏替換原則。類B繼承類A時，除添加新的方法完成新增功能P2外，盡可能不要重寫父類A的方法，也盡可能不要重載父類A的方法。

繼承包括這樣1層含義：父類中凡是已實現(xiàn)好的方法（相對抽象方法而言），實際上是在設定1系列的規(guī)范和契約，雖然它不強迫要求所有的子類必須遵從這些契約，但是如果子類對這些非抽象方法任意修改，就會對全部繼承體系造成破壞。而里氏替換原則就是表達了這1層含義。

繼承作為面向對象3大特性之1，在給程序設計帶來巨大便利的同時，也帶來了弊端。比如使用繼承會給程序帶來侵入性，程序的可移植性下降，增加了對象間的耦合性，如果1個類被其他的類所繼承，則當這個類需要修改時，必須斟酌到所有的子類，并且父類修改后，所有觸及到子類的功能都有可能會產生故障。

舉例說明繼承的風險，我們需要完成1個兩數(shù)相減的功能，由類A來負責。

后來，我們需要增加1個新的功能：完成兩數(shù)相加，然后再與100求和，由類B來負責。即類B需要完成兩個功能：

我們發(fā)現(xiàn)本來運行正常的相減功能產生了毛病。緣由就是類B在給方法起名時無意中重寫了父類的方法，造成所有運行相減功能的代碼全部調用了類B重寫后的方法，造成本來運行正常的功能出現(xiàn)了毛病。在本例中，援用基類A完成的功能，換成子類B以后，產生了異常。在實際編程中，我們常常會通太重寫父類的方法來完成新的功能，這樣寫起來雖然簡單，但是全部繼承體系的可復用性會比較差，特別是應用多態(tài)比較頻繁時，程序運行出錯的概率非常大。如果非要重寫父類的方法，比較通用的做法是：原來的父類和子類都繼承1個更通俗的基類，原本的繼承關系去掉，采取依賴、聚合，組合等關系代替。

里氏替換原則通俗的來說就是：子類可以擴大父類的功能，但不能改變父類原本的功能。它包括以下4層含義：

• 子類可以實現(xiàn)父類的抽象方法，但不能覆蓋父類的非抽象方法。
• 子類中可以增加自己獨有的方法。
• 當子類的方法重載父類的方法時，方法的前置條件（即方法的形參）要比父類方法的輸入?yún)?shù)更寬松。
• 當子類的方法實現(xiàn)父類的抽象方法時，方法的后置條件（即方法的返回值）要比父類更嚴格。

看上去很不可思議，由于我們會發(fā)現(xiàn)在自己編程中常常會違背里氏替換原則，程序照樣跑的好好的。所以大家都會產生這樣的疑問，假設我非要不遵守里氏替換原則，你寫的代碼出問題的概率將會大大增加。

依賴顛倒原則Dependence Inversion Principle

定義：高層模塊不應當依賴低層模塊，2者都應當依賴其抽象；抽象不應當依賴細節(jié)；細節(jié)應當依賴抽象。其核心思想是：依賴于抽象。

問題由來：類A直接依賴類B，假設要將類A改成依賴類C，則必須通過修改類A的代碼來達成。這類場景下，類A1般是高層模塊，負責復雜的業(yè)務邏輯；類B和類C是低層模塊，負責基本的原子操作；假設修改類A，會給程序帶來沒必要要的風險。

解決方案：將類A修改成依賴接口I，類B和類C各自實現(xiàn)接口I，類A通過接口I間接與類B或類C產生聯(lián)系，則會大大下降修改類A的概率。

依賴顛倒原則基于這樣1個事實：相對細節(jié)的多變性，抽象的東西要穩(wěn)定的多。以抽象為基礎搭建起來的架構比以細節(jié)為基礎搭建起來的架構要穩(wěn)定的多。

在java中，抽象指的是接口或抽象類，細節(jié)就是具體的實現(xiàn)類，使用接口或抽象類的目的是制定好規(guī)范和契約，而不去觸及任何具體的操作，把展現(xiàn)細節(jié)的任務交給他們的實現(xiàn)類去完成。

依賴顛倒原則的核心思想是面向接口編程，我們照舊用1個例子來講明面向接口編程比相對面向實現(xiàn)編程好在甚么地方。場景是這樣的，母親給孩子講故事，只要給她1本書，她就能夠照著書給孩子講故事了。代碼以下：

運行良好，假設有1天，需求變成這樣：不是給書而是給1份報紙，讓這位母親講1下報紙上的故事，報紙的代碼以下：

這位母親卻辦不到，由于她竟然不會讀報紙上的故事，這太荒唐了，只是將書換成報紙，竟然必須要修改Mother才能讀。假設以后需求換成雜志呢？換成網(wǎng)頁呢？還要不斷地修改Mother，這明顯不是好的設計。緣由就是Mother與Book之間的耦合性太高了，必須下降他們之間的耦合度才行。我們引入1個抽象的接口IReader。讀物，只要是帶字的都屬于讀物：

這樣修改后，不管以后怎樣擴大IReader類，都不需要再修改Mother類了。這只是1個簡單的例子，實際情況中，代表高層模塊的Mother類將負責完成主要的業(yè)務邏輯，1旦需要對它進行修改，引入毛病的風險極大。所以遵守依賴顛倒原則可以下降類之間的耦合性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，下降修改程序釀成的風險。

采取依賴顛倒原則給多人并行開發(fā)帶來了極大的便利，比如上例中，本來Mother類與Book類直接耦合時，Mother類必須等Book類編碼完成后才可以進行編碼，由于Mother類依賴于Book類。修改后的程序則可以同時開工，互不影響，由于Mother與Book類1點關系也沒有。參與協(xié)作開發(fā)的人越多、項目越龐大，采取依賴致使原則的意義就越重大。

傳遞依賴關系有3種方式，以上的例子中使用的方法是接口傳遞，另外還有兩種傳遞方式：構造方法傳遞和setter方法傳遞，相信譽過Spring框架的，對依賴的傳遞方式1定不會陌生。

在實際編程中，我們1般需要做到以下3點：

• 低層模塊盡可能都要有抽象類或接口，或二者都有。
• 變量的聲明類型盡可能是抽象類或接口。
• 使用繼承時遵守里氏替換原則。

依賴顛倒原則的核心就是要我們面向接口編程，理解了面向接口編程，也就理解了依賴顛倒。

接口隔離原則Interface Segregation Principle

定義：客戶端不應當依賴它不需要的接口；1個類對另外一個類的依賴應當建立在最小的接口上。 否則將會造成接口污染。類A通過接口I依賴類B，類C通過接口I依賴類D，如果接口I對類A和類B來講不是最小接口，則類B和類D必須去實現(xiàn)他們不需要的方法。

解決方案：將臃腫的接口I拆分為獨立的幾個接口，類A和類C分別與他們需要的接口建立依賴關系。也就是采取接口隔離原則。

舉例來講明接口隔離原則：

可以看到，如果接口過于臃腫，只要接口中出現(xiàn)的方法，不管對依賴于它的類有無用途，實現(xiàn)類中都必須去實現(xiàn)這些方法，這明顯不是好的設計。如果將這個設計修改成符合接口隔離原則，就必須對接口I進行拆分。在這里我們將原本的接口I拆分為3個接口,代碼以下：

接口隔離原則的含義是：建立單1接口，不要建立龐大臃腫的接口，盡可能細化接口，接口中的方法盡可能少。也就是說，我們要為各個類建立專用的接口，而不要試圖去建立1個很龐大的接口供所有依賴它的類去調用。本文例子中，將1個龐大的接口變更加3個專用的接口所采取的就是接口隔離原則。在程序設計中，依賴幾個專用的接口要比依賴1個綜合的接口更靈活。接口是設計時對外部設定的契約，通過分散定義多個接口，可以預防外來變更的分散，提高系統(tǒng)的靈活性和可保護性。

說到這里，很多人會覺的接口隔離原則跟之前的單1職責原則很類似，其實不然。其1，單1職責原則原重視的是職責；而接口隔離原則重視對接口依賴的隔離。其2，單1職責原則主要是束縛類，其次才是接口和方法，它針對的是程序中的實現(xiàn)和細節(jié)；而接口隔離原則主要束縛接口，主要針對抽象，針對程序整體框架的構建。

采取接口隔離原則對接口進行束縛時，要注意以下幾點：
接口盡可能小，但是要有限度。對接口進行細化可以提高程序設計靈活性是不掙的事實，但是如果太小，則會造成接口數(shù)量過量，使設計復雜化。所以1定要適度。為依賴接口的類定制服務，只暴露給調用的類它需要的方法，它不需要的方法則隱藏起來。只有專注地為1個模塊提供定制服務，才能建立最小的依賴關系。提高內聚，減少對外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

應用接口隔離原則，1定要適度，接口設計的過大或太小都不好。設計接口的時候，只有多花些時間去思考和籌劃，才能準確地實踐這1原則。

現(xiàn)實中，如何掌控接口越小越好，這個度很難界定，顆粒度小固然靈活，但同時會造成結構的復雜化，以下有幾個掌控規(guī)則可以參考：

• 1個接口只服務于1個子模塊或業(yè)務邏輯，服務定制；
• 通過業(yè)務邏輯緊縮接口中的public方法，讓接口看起來精悍；
• 已被污染了的接口，盡可能修改，如果變更風險太大，則用適配器模式進行轉化處理；
• 根據(jù)具體的業(yè)務，深入了解邏輯，用心感知去控制設計思路。

具體如何實行接口隔離，主要有兩種方法：
1. 拜托分離，通過增加1個新的接口類型來拜托客戶的要求，隔離客戶和接口的直接依賴，注意這同時也會增加系統(tǒng)的開消；
2. 多重繼承分離，通過接口的多重繼承來實現(xiàn)客戶的需求，這類方式相對較好。具體的使用，視情況而定。

迪米特法則Demeter Principle

定義：1個對象應當對其他對象保持最少的了解。其核心精神是：不和陌生人說話，通俗之意是1個對象對自己需要耦合關聯(lián)調用的類應當知道的更少。這樣會致使類之間的耦合度下降，每一個類都盡可能減少對其他類的依賴，因此，這也很容易使得系統(tǒng)的功能模塊相互獨立，之間不存在很強的依賴關系。

問題由來：類與類之間的關系越密切，耦合度越大，當1個類產生改變時，對另外一個類的影響也越大。

解決方案：盡可能下降類與類之間的耦合。

自從我們接觸編程開始，就知道了軟件編程的總的原則：低耦合，高內聚。不管是面向進程編程還是面向對象編程，只有使各個模塊之間的耦合盡可能的低，才能提高代碼的復用率。低耦合的優(yōu)點不言而喻，但是怎樣樣編程才能做到低耦合呢？那正是迪米特法則要去完成的。迪米特法則又叫最少知道原則，最早是在1987年由美國Northeastern University的Ian Holland提出。通俗的來說，就是1個類對自己依賴的類知道的越少越好。也就是說，對被依賴的類來講，不管邏輯多么復雜，都盡可能地的將邏輯封裝在類的內部，對外除提供的public方法，不對外泄漏任何信息。迪米特法則還有1個更簡單的定義：只與直接的朋友通訊。首先來解釋1下甚么是直接的朋友：每一個對象都會與其他對象有耦合關系，只要兩個對象之間有耦合關系，我們就說這兩個對象之間是朋友關系。耦合的方式很多，依賴、關聯(lián)、組合、聚合等。其中，我們稱出現(xiàn)成員變量、方法參數(shù)、方法返回值中的類為直接的朋友，而出現(xiàn)在局部變量中的類則不是直接的朋友。也就是說，陌生的類最好不要作為局部變量的情勢出現(xiàn)在類的內部。

舉1個例子：有1個團體公司，下屬單位有分公司和直屬部門，現(xiàn)在要求打印出所有下屬單位的員工ID。先來看1下違背迪米特法則的設計。

現(xiàn)在這個設計的主要問題出在CompanyManager中，根據(jù)迪米特法則，只與直接的朋友產生通訊，而SubEmployee類其實不是CompanyManager類的直接朋友（以局部變量出現(xiàn)的耦合不屬于直接朋友），從邏輯上講總公司只與他的分公司耦合就好了，與分公司的員工并沒有任何聯(lián)系，這樣設計明顯是增加了沒必要要的耦合。依照迪米特法則，應當避免類中出現(xiàn)這樣非直接朋友關系的耦合。修改后的代碼以下:

修改后，為分公司增加了打印人員ID的方法，總公司直接調用來打印，從而避免了與分公司的員工產生耦合。迪米特法則的初衷是下降類之間的耦合，由于每一個類都減少了沒必要要的依賴，因此的確可以下降耦合關系。但是凡事都有度，雖然可以免與非直接的類通訊，但是要通訊，必定會通過1個”中介”來產生聯(lián)系，例如本例中，總公司就是通過分公司這個”中介”來與分公司的員工產生聯(lián)系的。過分的使用迪米特原則，會產生大量這樣的中介和傳遞類，致使系統(tǒng)復雜度變大。所以在采取迪米特法則時要反復權衡，既做到結構清晰，又要高內聚低耦合。

合成復用原則Composite Reuse Principle

原則是盡可能使用合成/聚合的方式，而不是使用繼承。

開閉原則Open Close Principle

定義：1個軟件實體如類、模塊和函數(shù)應當對擴大開放，對修改關閉。

問題由來：在軟件的生命周期內，由于變化、升級和保護等緣由需要對軟件原有代碼進行修改時，可能會給舊代碼中引入毛病，也可能會使我們不能不對全部功能進行重構，并且需要原有代碼經(jīng)太重新測試。

解決方案：當軟件需要變化時，盡可能通過擴大軟件實體的行動來實現(xiàn)變化，而不是通過修改已有的代碼來實現(xiàn)變化。

開閉原則是面向對象設計中最基礎的設計原則，它指點我們如何建立穩(wěn)定靈活的系統(tǒng)。開閉原則多是設計模式6項原則中定義最模糊的1個了，它只告知我們對擴大開放，對修改關閉，可是到底如何才能做到對擴大開放，對修改關閉，并沒有明確的告知我們。之前，如果有人告知我”你進行設計的時候1定要遵照開閉原則”，我會覺的他甚么都沒說，但貌似又甚么都說了。由于開閉原則真的太虛了。

在仔細思考和仔細瀏覽很多設計模式的文章后，終究對開閉原則有了1點認識。其實，我們遵守設計模式前面5大原則，和使用23種設計模式的目的就是遵守開閉原則。也就是說，只要我們對前面5項原則遵照的好了，設計出的軟件自然是符合開閉原則的，這個開閉原則更像是前面5項原則遵照程度的”平均得分”，前面5項原則遵照的好，平均分自然就高，說明軟件設計開閉原則遵照的好；如果前面5項原則遵照的不好，則說明開閉原則遵照的不好。

其實筆者認為，開閉原則不過就是想表達這樣1層意思：用抽象構建框架，用實現(xiàn)擴大細節(jié)。由于抽象靈活性好，適應性廣，只要抽象的公道，可以基本保持軟件架構的穩(wěn)定。而軟件中易變的細節(jié)，我們用從抽象派生的實現(xiàn)類來進行擴大，當軟件需要產生變化時，我們只需要根據(jù)需求重新派生1個實現(xiàn)類來擴大就能夠了。固然條件是我們的抽象要公道，要對需求的變更有前瞻性和預感性才行。

說到這里，再回想1下前面說的5項原則，恰正是告知我們用抽象構建框架，用實現(xiàn)擴大細節(jié)的注意事項而已：

• 單1職責原則告知我們實現(xiàn)類要職責單1；
• 里氏替換原則告知我們不要破壞繼承體系；
• 依賴顛倒原則告知我們要面向接口編程；
• 接口隔離原則告知我們在設計接口的時候要精簡單1；
• 迪米特法則告知我們要下降耦合。
• 而開閉原則是總綱，他告知我們要對擴大開放，對修改關閉。

最后說明1下如何去遵照這6個原則。對這6個原則的遵照其實不是是和否的問題，而是多和少的問題，也就是說，我們1般不會說有無遵照，而是說遵照程度的多少。任何事都是過猶不及，設計模式的6個設計原則也是1樣，制定這6個原則的目的其實不是要我們呆板的遵照他們，而需要根據(jù)實際情況靈活應用。對他們的遵照程度只要在1個公道的范圍內，就算是良好的設計。