设计模式学习心得之前置知识 UML图看法与六大原则（上）

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设计模式学习心得 前置知识

• 本笔记基于黑马程序员 https://www.bilibili.com/video/BV1Np4y1z7BU/ 加了不少个人感悟，方便您理解设计模式
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UML图

统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）是用来设计软件的可视化建模语言。它的特点是简单、统一、图形化、能表达软件设计中的动态与静态信息。

UML 从目标系统的不同角度出发，定义了用例图、类图、对象图、状态图、活动图、时序图、协作图、构件图、部署图等 9 种图。

类图如何看

• 有三个属性 name为公共 类型是string、age为受保护 类型是int 默认值为18、sexNumber 为私有类型是int
• 有两个私有方法，方法eat 有两个参数 返回值是void，方法sleep 有一个参数 返回值是void

属性/方法名称前加的加号和减号表示了这个属性/方法的可见性，UML类图中表示可见性的符号有三种：

• +：表示public
  
• -：表示private
  
• #：表示protected
  

属性的完整表示方式是： 可见性 名称 ：类型 [ = 缺省值]

方法的完整表示方式是： 可见性 名称(参数列表) [ ： 返回类型]

注意：

1，中括号中的内容表示是可选的

类图关系表示

关联关系

关联关系指的是类与类之间的关系，有三种。分别为单向关联，双向关联，自关联。

1，单向关联

在UML类图中单向关联用一个带箭头的实线表示。上图表示每个顾客都有一个地址，这通过让Customer类持有一个类型为Address的成员变量类实现。

• 单向关联是一种弱依赖关系，通常表示一个对象知道另一个对象的存在，但被引用的对象并不知道哪些对象引用了它。
• 在单向关联中，一个类（或对象）可以引用另一个类（或对象），但被引用的类（或对象）不引用回来。这种关系常常体现在类之间的成员变量或方法参数中。
• 生命周期管理方面，被引用的对象不受引用它的对象的影响。即使引用它的对象被销毁，被引用的对象仍然可以存在。

2，双向关联

从上图中我们很容易看出，所谓的双向关联就是双方各自持有对方类型的成员变量。

在UML类图中，双向关联用一个不带箭头的直线表示。上图中在Customer类中维护一个List，表示一个顾客可以购买多个商品；在Product类中维护一个Customer类型的成员变量表示这个产品被哪个顾客所购买。

3，自关联

自关联在UML类图中用一个带有箭头且指向自身的线表示。上图的意思就是Node类包含类型为Node的成员变量，也就是“自己包含自己”。

聚合关系

聚合关系是关联关系的一种，是强关联关系，是整体和部分之间的关系。

聚合关系也是通过成员对象来实现的，其中成员对象是整体对象的一部分，但是成员对象可以脱离整体对象而独立存在。例如，学校与老师的关系，学校包含老师，但如果学校停办了，老师依然存在。

在 UML 类图中，聚合关系可以用带空心菱形的实线来表示，菱形指向整体。下图所示是大学和教师的关系图：

• 聚合关系表示的是一种强关联，它表示整体与部分之间的关系。在聚合关系中，整体对象拥有部分对象，但部分对象不是整体对象的一部分。

总结单项关联、与聚合关系

单向关联是一种较为弱的关系，通常用于表示简单的引用关系；而聚合关系是一种更强的关系，用于表示整体与部分之间的包含关系，聚合关系的依赖是双向的。

• 单项、聚合关联是手拿工具，组合是工具长你身上
• 目前看来单项是拿只能解决某个的工具，和聚合是拿通用的工具

组合关系

组合表示类之间的整体与部分的关系，但它是一种更强烈的聚合关系。

在组合关系中，整体对象可以控制部分对象的生命周期，一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，部分对象不能脱离整体对象而存在。例如，头和嘴的关系，没有了头，嘴也就不存在了。

在 UML 类图中，组合关系用带实心菱形的实线来表示，菱形指向整体。下图所示是头和嘴的关系图：

依赖关系

依赖关系是一种使用关系，它是对象之间耦合度最弱的一种关联方式，是临时性的关联。在代码中，某个类的方法通过局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用来访问另一个类（被依赖类）中的某些方法来完成一些职责。

在 UML 类图中，依赖关系使用带箭头的虚线来表示，箭头从使用类指向被依赖的类。下图所示是司机和汽车的关系图，司机驾驶汽车：

• car和driver是依赖关系，driver运行要用car

继承关系（泛化关系）

继承关系是对象之间耦合度最大的一种关系，表示一般与特殊的关系，是父类与子类之间的关系，是一种继承关系。

在 UML 类图中，泛化关系用带空心三角箭头的实线来表示，箭头从子类指向父类。在代码实现时，使用面向对象的继承机制来实现泛化关系。例如，Student 类和 Teacher 类都是 Person 类的子类，其类图如下图所示：

实现关系

实现关系是接口与实现类之间的关系。在这种关系中，类实现了接口，类中的操作实现了接口中所声明的所有的抽象操作。

在 UML 类图中，实现关系使用带空心三角箭头的虚线来表示，箭头从实现类指向接口。例如，汽车和船实现了交通工具

软件设计原则

我的项目结构

开闭原则

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。

想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类。

因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。

下面以 搜狗输入法 的皮肤为例介绍开闭原则的应用。

【例】搜狗输入法 的皮肤设计。

分析：搜狗输入法 的皮肤是输入法背景图片、窗口颜色和声音等元素的组合。用户可以根据自己的喜爱更换自己的输入法的皮肤，也可以从网上下载新的皮肤。这些皮肤有共同的特点，可以为其定义一个抽象类（AbstractSkin），而每个具体的皮肤（DefaultSpecificSkin和HeimaSpecificSkin）是其子类。用户窗体可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改原代码，所以它是满足开闭原则的。

感悟与代码

• 这里SouGouInput的关系线画错了 应该是聚合关系
• 开闭原则的关键是 继承关系、组合关系
• 开闭原则就类似汽车换轮子 可以换不同厂家的一个型号的轮子。将具体的轮子交给别人来换，装轮子的铁圈却不会改变

package com.priniciples.openingAndClosing;
public abstract class AbstractSkin {
    /**
     *默认皮肤类
     */
    public void display() {
    }
}

package com.priniciples.openingAndClosing;
// 这个是和AbstractSkin是聚合关系
//
public class SougouInput {
    private  AbstractSkin skin;
    public void setSkin(AbstractSkin skin){
        this.skin=skin;
    }
    public void display() {
        skin.display();
    }
}

客户端

package com.priniciples.openingAndClosing;
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 搜狗输入发对象
        SougouInput input = new SougouInput();
        // 用户1的皮肤对象
        User1Skin user1Skin = new User1Skin();
        // 用户2的皮肤对象
        User2Skin user2Skin = new User2Skin();
    //    当我们要显示使用皮肤的时候，只要调用搜狗输入法对象的方法
    //    使用用户一的输入法对象
        input.setSkin(user1Skin);
        //显示用户一皮肤
        input.display();
        System.out.printf("接下来是用户2的皮肤\n");
    //     显示用户2的皮肤
        input.setSkin(user2Skin);
        input.display();
    }
}

具体的橡胶轮子

package com.priniciples.openingAndClosing;
// 用户一的皮肤
public class User1Skin  extends  AbstractSkin{
    public void display(){
        System.out.printf("我是用户1的皮肤\n");
    }
}

package com.priniciples.openingAndClosing;
// 用户2的皮肤
public class User2Skin extends  AbstractSkin{
    public void display(){
        System.out.printf("我是用户2的皮肤\n");
    }
}

里氏代换原则

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。

里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大。

下面看一个里氏替换原则中经典的一个例子

【例】正方形不是长方形。

在数学领域里，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，我们开发的一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承自长方形。

代码如下：

长方形类（Rectangle）：

public class Rectangle {
    private double length;
    private double width;
    public double getLength() {
        return length;
    }
    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }
    public double getWidth() {
        return width;
    }
    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }
}

正方形（Square）：

由于正方形的长和宽相同，所以在方法setLength和setWidth中，对长度和宽度都需要赋相同值。

public class Square extends Rectangle {
    
    public void setWidth(double width) {
        super.setLength(width);
        super.setWidth(width);
    }
    public void setLength(double length) {
        super.setLength(length);
        super.setWidth(length);
    }
}

类RectangleDemo是我们的软件系统中的一个组件，它有一个resize方法依赖基类Rectangle，resize方法是RectandleDemo类中的一个方法，用来实现宽度逐渐增长的效果。

public class RectangleDemo {
    
    public static void resize(Rectangle rectangle) {
        while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
        }
    }
    //打印长方形的长和宽
    public static void printLengthAndWidth(Rectangle rectangle) {
        System.out.println(rectangle.getLength());
        System.out.println(rectangle.getWidth());
    }
    public static void main(String[] args) {
        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setLength(20);
        rectangle.setWidth(10);
        resize(rectangle);
        printLengthAndWidth(rectangle);
        System.out.println("============");
        Rectangle rectangle1 = new Square();
        rectangle1.setLength(10);
        resize(rectangle1);
        printLengthAndWidth(rectangle1);
    }
}

我们运行一下这段代码就会发现，假如我们把一个普通长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度,代码就会停止，这种行为的结果符合我们的预期；假如我们再把一个正方形作为参数传入resize方法后，就会看到正方形的宽度和长度都在不断增长，代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。所以，普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。

我们得出结论：在resize方法中，Rectangle类型的参数是不能被Square类型的参数所代替，如果进行了替换就得不到预期结果。因此，Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏代换原则，它们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形。

如何改进呢？此时我们需要重新设计他们之间的关系。抽象出来一个四边形接口(Quadrilateral)，让Rectangle类和Square类实现Quadrilateral接口

感悟与代码

package com.priniciples.richterSubstitution.after;
/**
 * @Description
 * @Author Qiu
 * @Date 2024/4/19
 */
public interface Quadrilateral {
    // 获取长
    double getLength();
    // 获取宽
    double getWidth();
}

• 这里将四边形作为长方形和正方形的父类
• 上面将长方形作为正方形的父类 其核心是认为正方形是短边长方形
• 这里实现的关键 就是正方形的getLength、getWidth都是返回side，虽然正方形宽高都是side，但是为了满足里氏原则的子类可以无感替换父类，因此如此
• 这个例子不如开闭原则一样直观，核心就是 子类保留父类功能下进行自身功能扩展
• 里氏原则 是 实现关系，但这个原则重点不是几种关系组合

设计模式学习心得之前置知识 UML图看法与六大原则（下）：https://developer.aliyun.com/article/1548555