1. 设计模式概念

软件设计模式（Software Design Pattern），又称设计模式
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

1.1 设计模式学习必要性理由

设计模式的本质是面向对象设计原则的实际运用，是对类的封装性、继承性和多态性以及类的关联关系和组合关系的充分理解。
正确使用设计模式具有以下优点。
- 可以提高程序员的思维能力、编程能力和设计能力。
- 使程序设计更加标准化、代码编制更加工程化，使软件开发效率大大提高，从而缩短软件的开发周期。
- 使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性强。

1.2 设计模式分类

创建型模式
- 用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。
- 单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者等 5 种创建型模式。
结构型模式
- 用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构
- 代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合等 7 种结构型模式。
行为型模式
- 用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象无法单独完成的任务，以及怎样分配职责。
- 模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器等 11 种行为型模式。

2. 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。

2.1 类图概述

类图(Class diagram)是显示了模型的静态结构，特别是模型中存在的类、类的内部结构以及它们与其他类的关系等。
类图不显示暂时性的信息。类图是面向对象建模的主要组成部分

2.2 类图表示法

2.2.1 类的表示方式

在UML类图中，类使用包含类名、属性(field) 和方法(method) 且带有分割线的矩形来表示

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]

上图Demo类定义了三个方法：
method()方法：修饰符为public，没有参数，没有返回值。
method1()方法：修饰符为private，没有参数，返回值类型为String。
method2()方法：修饰符为protected，接收两个参数，第一个参数类型为int，第二个参数类型为String，返回值类型是int。

2.2.2 类与类之间关系的表示方式

1）关联关系

关联关系是对象之间的一种引用关系，用于表示一类对象与另一类对象之间的联系
如老师和学生,丈夫和妻子等。关联关系是类与类之间最常用的一种关系，分为一般关联关系、聚合关系和组合关系。
关联又可以分为单向关联，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。

2.双向关联

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

2）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。

3）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。
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。
组合关系用带实心菱形的实线来表示，菱形指向整体.

在这里插入图片描述

4）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。
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。
如司机和汽车的关系图，司机驾驶汽车

5) 继承关系

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。
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

6）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。
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

3. 软件设计原则

在软件开发中，为了提高软件系统的可维护性和可复用性，增加软件的可扩展性和灵活性，程序员要尽量根据6条原则来开发程序，从而提高软件开发效率、节约软件开发成本和维护成本。

3.1 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
使用接口和抽象
- 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。
比如以下的关系

3.2 里氏代换原则

·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。
在这里插入图片描述

3.3 依赖倒转原则

高层模块不应该依赖低层模块，两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。
简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。

遵循依赖倒转原则后的类图：

3.4 接口隔离原则

客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法；
一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。
-例子如下：
我们需要创建一个黑马品牌的安全门，该安全门具有防火、防水、防盗的功能。可以将防火，防水，防盗功能提取成一个接口，形成一套规范

问题：
我们还需要再创建一个传智品牌的安全门，而该安全门只具有防盗、防水功能呢？很显然如果实现SafetyDoor接口就违背了接口隔离原则
遵循接口隔离原则后的类图：

3.5 迪米特法则

迪米特法则又叫最少知识原则。
-只和你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。
如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。
【例】明星与经纪人的关系实例
明星由于全身心投入艺术，所以许多日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝的见面会，和媒体公司的业务洽淡等。这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则。