轉(zhuǎn)載自? ?Java架構(gòu)師必須知道的 6 大設(shè)計原則

在軟件開發(fā)中，前人對軟件系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)總結(jié)了一些原則和模式， 不管用什么語言做開發(fā)，都將對我們系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)提供指導(dǎo)意義。本文主要將總結(jié)這些常見的原則，和具體闡述意義。

開發(fā)原則

面向?qū)ο蟮幕驹瓌t(solid)是五個，但是在經(jīng)常被提到的除了這五個之外還有 迪米特法則和合成復(fù)用原則等， 所以在常見的文章中有表示寫六大或七大原則的； 除此之外我還將給出一些其它相關(guān)書籍和互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)的原則；

S單一職責(zé)SRP

Single-Responsibility Principle, 一個類,最好只做一件事,只有一個引起它的變化。單一職責(zé)原則可以看做是低耦合,高內(nèi)聚在面向?qū)ο笤瓌t的引申,將職責(zé)定義為引起變化的原因,以提高內(nèi)聚性減少引起變化的原因。

定義

一個對象應(yīng)該只包含單一的職責(zé)，并且該職責(zé)被完整地封裝在一個類中。（Every object should have a single responsibility, and that responsibility should be entirely encapsulated? by the class.），即又定義有且僅有一個原因使類變更。點擊這里查看高可用架構(gòu)設(shè)計9種方案詳解。

原則分析

• 一個類（或者大到模塊，小到方法）承擔(dān)的職責(zé)越多，它被復(fù)用的可能性越小，而且如果一個類承擔(dān)的職責(zé)過多，就相當(dāng)于將這些職責(zé)耦合在一起，當(dāng)其中一個職責(zé)變化時，可能會影響其他職責(zé)的運作。

• 類的職責(zé)主要包括兩個方面：數(shù)據(jù)職責(zé)和行為職責(zé)，數(shù)據(jù)職責(zé)通過其屬性來體現(xiàn)，而行為職責(zé)通過其方法來體現(xiàn)。

• 單一職責(zé)原則是實現(xiàn)高內(nèi)聚、低耦合的指導(dǎo)方針，在很多代碼重構(gòu)手法中都能找到它的存在，它是最簡單但又最難運用的原則，需要設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)類的不同職責(zé)并將其分離，而發(fā)現(xiàn)類的多重職責(zé)需要設(shè)計人員具有較強的分析設(shè)計能力和相關(guān)重構(gòu)經(jīng)驗。

優(yōu)點

• 降低類的復(fù)雜性，類的職責(zé)清晰明確。比如數(shù)據(jù)職責(zé)和行為職責(zé)清晰明確。

• 提高類的可讀性和維護性，

• 變更引起的風(fēng)險減低，變更是必不可少的，如果接口的單一職責(zé)做得好，一個接口修改只對相應(yīng)的類有影響，對其他接口無影響，這對系統(tǒng)的擴展性、維護性都有非常大的幫助。

注意：單一職責(zé)原則提出了一個編寫程序的標(biāo)準(zhǔn)，用“職責(zé)”或“變化原因”來衡量接口或類設(shè)計得是否合理，但是“職責(zé)”和“變化原因”都是沒有具體標(biāo)準(zhǔn)的，一個類到底要負(fù)責(zé)那些職責(zé)？這些職責(zé)怎么細(xì)化？細(xì)化后是否都要有一個接口或類？這些都需從實際的情況考慮。因項目而異，因環(huán)境而異。

例子

SpringMVC 中Entity,DAO,Service,Controller, Util等的分離。

O開放封閉原則OCP

Open - ClosedPrinciple ,OCP, 對擴展開放，對修改關(guān)閉(設(shè)計模式的核心原則)

定義

一個軟件實體(如類、模塊和函數(shù))應(yīng)該對擴展開放，對修改關(guān)閉。意思是，在一個系統(tǒng)或者模塊中，對于擴展是開放的，對于修改是關(guān)閉的，一個 好的系統(tǒng)是在不修改源代碼的情況下，可以擴展你的功能。而實現(xiàn)開閉原則的關(guān)鍵就是抽象化。

原則分析

• 當(dāng)軟件實體因需求要變化時, 盡量通過擴展已有軟件實體，可以提供新的行為，以滿足對軟件的新的需求，而不是修改已有的代碼，使變化中的軟件有一定的適應(yīng)性和靈活性 。已有軟件模塊，特別是最重要的抽象層模塊不能再修改，這使變化中的軟件系統(tǒng)有一定的穩(wěn)定性和延續(xù)性。

• 實現(xiàn)開閉原則的關(guān)鍵就是抽象化 :在"開-閉"原則中,不允許修改的是抽象的類或者接口,允許擴展的是具體的實現(xiàn)類,抽象類和接口在"開-閉"原則中扮演著極其重要的角色..即要預(yù)知可能變化的需求.又預(yù)見所有可能已知的擴展..所以在這里"抽象化"是關(guān)鍵!

• 可變性的封閉原則:找到系統(tǒng)的可變因素,將它封裝起來. 這是對"開-閉"原則最好的實現(xiàn). 不要把你的可變因素放在多個類中,或者散落在程序的各個角落. 你應(yīng)該將可變的因素,封套起來..并且切忌不要把所用的可變因素封套在一起. 最好的解決辦法是,分塊封套你的可變因素!避免超大類,超長類,超長方法的出現(xiàn)!!給你的程序增加藝術(shù)氣息,將程序藝術(shù)化是我們的目標(biāo)!

例子

設(shè)計模式中模板方法模式和觀察者模式都是開閉原則的極好體現(xiàn)。點擊這里查看高可用架構(gòu)設(shè)計9種方案詳解。

L里氏替換原則LSP

Liskov Substitution Principle，LSP：任何基類可以出現(xiàn)的地方，子類也可以出現(xiàn)；這一思想表現(xiàn)為對繼承機制的約束規(guī)范，只有子類能夠替換其基類時，才能夠保證系統(tǒng)在運行期內(nèi)識別子類，這是保證繼承復(fù)用的基礎(chǔ)。

定義

第一種定義方式相對嚴(yán)格：如果對每一個類型為S的對象o1，都有類型為T的對象o2，使得以T定義的所有程序P在所有的對象o1都代換成o2時，程序P的行為沒有變化，那么類型S是類型T的子類型。

第二種更容易理解的定義方式：所有引用基類（父類）的地方必須能透明地使用其子類的對象。即子類能夠必須能夠替換基類能夠從出現(xiàn)的地方。子類也能在基類 的基礎(chǔ)上新增行為。

（里氏代換原則由2008年圖靈獎得主、美國第一位計算機科學(xué)女博士、麻省理工學(xué)院教授BarbaraLiskov和卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)Jeannette Wing教授于1994年提出。其原文如下：Let q(x) be a property provableabout objects x of type T. Then q(y) should be true for objects y of type Swhere S is a subtype of T. ）

原則分析

• 講的是基類和子類的關(guān)系，只有這種關(guān)系存在時，里氏代換原則才存在。正方形是長方形是理解里氏代換原則的經(jīng)典例子。

• 里氏代換原則可以通俗表述為：在軟件中如果能夠使用基類對象，那么一定能夠使用其子類對象。把基類都替換成它的子類，程序?qū)⒉粫a(chǎn)生任何錯誤和異常，反過來則不成立，如果一個軟件實體使用的是一個子類的話，那么它不一定能夠使用基類。

• 里氏代換原則是實現(xiàn)開閉原則的重要方式之一，由于使用基類對象的地方都可以使用子類對象，因此在程序中盡量使用基類類型來對對象進行定義，而在運行時再確定其子類類型，用子類對象來替換父類對象。

I接口隔離法則

(Interface Segregation Principle，ISL）：客戶端不應(yīng)該依賴那些它不需要的接口。（這個法則與迪米特法則是相通的）

定義

客戶端不應(yīng)該依賴那些它不需要的接口。

另一種定義方法：一旦一個接口太大，則需要將它分割成一些更細(xì)小的接口，使用該接口的客戶端僅需知道與之相關(guān)的方法即可。
注意，在該定義中的接口指的是所定義的方法。例如外面調(diào)用某個類的public方法。這個方法對外就是接口。

原則分析

1）接口隔離原則是指使用多個專門的接口，而不使用單一的總接口。每一個接口應(yīng)該承擔(dān)一種相對獨立的角色，不多不少，不干不該干的事，該干的事都要干。

• 一個接口就只代表一個角色，每個角色都有它特定的一個接口，此時這個原則可以叫做“角色隔離原則”。

• 接口僅僅提供客戶端需要的行為，即所需的方法，客戶端不需要的行為則隱藏起來，應(yīng)當(dāng)為客戶端提供盡可能小的單獨的接口，而不要提供大的總接口。

2）使用接口隔離原則拆分接口時，首先必須滿足單一職責(zé)原則，將一組相關(guān)的操作定義在一個接口中，且在滿足高內(nèi)聚的前提下，接口中的方法越少越好。

3）可以在進行系統(tǒng)設(shè)計時采用定制服務(wù)的方式，即為不同的客戶端提供寬窄不同的接口，只提供用戶需要的行為，而隱藏用戶不需要的行為。

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D依賴倒置原則DIP

Dependency-Inversion Principle 要依賴抽象，而不要依賴具體的實現(xiàn)，具體而言就是高層模塊不依賴于底層模塊，二者共同依賴于抽象。抽象不依賴于具體，具體依賴于抽象。

定義

高層模塊不應(yīng)該依賴低層模塊，它們都應(yīng)該依賴抽象。抽象不應(yīng)該依賴于細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)應(yīng)該依賴于抽象。簡單的說，依賴倒置原則要求客戶端依賴于抽象耦合。原則表述：

1）抽象不應(yīng)當(dāng)依賴于細(xì)節(jié)；細(xì)節(jié)應(yīng)當(dāng)依賴于抽象；

2）要針對接口編程，不針對實現(xiàn)編程。

原則分析

1）如果說開閉原則是面向?qū)ο笤O(shè)計的目標(biāo)，依賴倒轉(zhuǎn)原則是到達(dá)面向設(shè)計"開閉"原則的手段。如果要達(dá)到最好的"開閉"原則，就要盡量的遵守依賴倒轉(zhuǎn)原則。可以說依賴倒轉(zhuǎn)原則是對“抽象化”的最好規(guī)范！我個人感覺，依賴倒轉(zhuǎn)原則也是里氏代換原則的補充。你理解了里氏代換原則，再來理解依賴倒轉(zhuǎn)原則應(yīng)該是很容易的。

2）依賴倒轉(zhuǎn)原則的常用實現(xiàn)方式之一是在代碼中使用抽象類，而將具體類放在配置文件中。

3）類之間的耦合：零耦合關(guān)系，具體耦合關(guān)系，抽象耦合關(guān)系。依賴倒轉(zhuǎn)原則要求客戶端依賴于抽象耦合，以抽象方式耦合是依賴倒轉(zhuǎn)原則的關(guān)鍵。

例子

理解這個依賴倒置，首先我們需要明白依賴在面向?qū)ο笤O(shè)計的概念：

依賴關(guān)系(Dependency)：是一種使用關(guān)系，特定事物的改變有可能會影響到使用該事物的其他事物，在需要表示一個事物使用另一個事物時使用依賴關(guān)系。（假設(shè)A類的變化引起了B類的變化，則說名B類依賴于A類。）大多數(shù)情況下，依賴關(guān)系體現(xiàn)在某個類的方法使用另一個類的對象作為參數(shù)。在UML中，依賴關(guān)系用帶箭頭的虛線表示，由依賴的一方指向被依賴的一方。

例子：某系統(tǒng)提供一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，可以將來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多種格式，如可以轉(zhuǎn)換來自數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)(DatabaseSource)、也可以轉(zhuǎn)換來自文本文件的數(shù)據(jù)(TextSource)，轉(zhuǎn)換后的格式可以是XML文件(XMLTransformer)、也可以是XLS文件(XLSTransformer)等。

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由于需求的變化，該系統(tǒng)可能需要增加新的數(shù)據(jù)源或者新的文件格式，每增加一個新的類型的數(shù)據(jù)源或者新的類型的文件格式，客戶類MainClass都需要修改源代碼，以便使用新的類，但違背了開閉原則。現(xiàn)使用依賴倒轉(zhuǎn)原則對其進行重構(gòu)。點擊這里查看高可用架構(gòu)設(shè)計9種方案詳解。

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• 當(dāng)然根據(jù)具體的情況，也可以將AbstractSource注入到AbstractStransformer，依賴注入的方式有以下三種：

/** * 依賴注入是依賴AbstractSource抽象注入的，而不是具體 * DatabaseSource * */ ? abstract class AbstractStransformer { ?private AbstractSource source; ? /** * 構(gòu)造注入(Constructor Injection)：通過構(gòu)造函數(shù)注入實例變量。 */ ?public void AbstractStransformer(AbstractSource source){ ?this.source = source; ? ? ? ? ? } ?/** ? ? ?* 設(shè)值注入(Setter Injection)：通過Setter方法注入實例變量。 * @param source : the sourceto set ? ? ? ?*/ ? ? ? public void setSource(AbstractSource source) { ? ? ? ? ? ?this.source = source; ? ? ? ? ? ? } ?/** * 接口注入(Interface Injection)：通過接口方法注入實例變量。 * @param source */ ?public void transform(AbstractSource source ) { ? ?source.getSource(); ?System.out.println("Stransforming ..."); ? ?} ? ? ? }

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合成/聚合復(fù)用原則

(Composite/Aggregate ReusePrinciple ，CARP)：要盡量使用對象組合,而不是繼承關(guān)系達(dá)到軟件復(fù)用的目的

定義

經(jīng)常又叫做合成復(fù)用原則（Composite ReusePrinciple或CRP），盡量使用對象組合，而不是繼承來達(dá)到復(fù)用的目的。

就是在一個新的對象里面使用一些已有的對象，使之成為新對象的一部分；新對象通過向這些對象的委派達(dá)到復(fù)用已有功能的目的。簡而言之，要盡量使用合成/聚合，盡量不要使用繼承。

原則分析

1）在面向?qū)ο笤O(shè)計中，可以通過兩種基本方法在不同的環(huán)境中復(fù)用已有的設(shè)計和實現(xiàn)，即通過組合/聚合關(guān)系或通過繼承。

繼承復(fù)用：實現(xiàn)簡單，易于擴展。破壞系統(tǒng)的封裝性；從基類繼承而來的實現(xiàn)是靜態(tài)的，不可能在運行時發(fā)生改變，沒有足夠的靈活性；只能在有限的環(huán)境中使用。（“白箱”復(fù)用）

組合/聚合復(fù)用：耦合度相對較低，選擇性地調(diào)用成員對象的操作；可以在運行時動態(tài)進行。（“黑箱”復(fù)用）

2）組合/聚合可以使系統(tǒng)更加靈活，類與類之間的耦合度降低，一個類的變化對其他類造成的影響相對較少，因此一般首選使用組合/聚合來實現(xiàn)復(fù)用；其次才考慮繼承，在使用繼承時，需要嚴(yán)格遵循里氏代換原則，有效使用繼承會有助于對問題的理解，降低復(fù)雜度，而濫用繼承反而會增加系統(tǒng)構(gòu)建和維護的難度以及系統(tǒng)的復(fù)雜度，因此需要慎重使用繼承復(fù)用。

3）此原則和里氏代換原則氏相輔相成的,兩者都是具體實現(xiàn)"開-閉"原則的規(guī)范。違反這一原則，就無法實現(xiàn)"開-閉"原則，首先我們要明白合成和聚合的概念：

注意：聚合和組合的區(qū)別是什么？

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合成（組合）：表示一個整體與部分的關(guān)系，指一個依托整體而存在的關(guān)系（整體與部分不可以分開）；比如眼睛和嘴對于頭來說就是組合關(guān)系，沒有了頭就沒有眼睛和嘴，它們是不可分割的。在UML中，組合關(guān)系用帶實心菱形的直線表示。

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聚合：聚合是比合成關(guān)系的一種更強的依賴關(guān)系，也表示整體與部分的關(guān)系（整體與部分可以分開）；比如螺絲和汽車玩具的關(guān)系，螺絲脫離玩具依然可以用在其它設(shè)備之上。在UML中，聚合關(guān)系用帶空心菱形的直線表示。

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迪米特法則

(Law of Demeter，LoD：系統(tǒng)中的類，盡量不要與其他類互相作用，減少類之間的耦合度

定義

又叫最少知識原則（Least Knowledge Principle或簡寫為LKP）幾種形式定義：

• 不要和“陌生人”說話。英文定義為：Don't talk to strangers.

• 只與你的直接朋友通信。英文定義為：Talk only to your immediate friends.

• 每一個軟件單位對其他的單位都只有最少的知識，而且局限于那些與本單位密切相關(guān)的軟件單位。

簡單地說，也就是，一個對象應(yīng)當(dāng)對其它對象有盡可能少的了解。一個類應(yīng)該對自己需要耦合或調(diào)用的類知道得最少，你（被耦合或調(diào)用的類）的內(nèi)部是如何復(fù)雜都和我沒關(guān)系，那是你的事情，我就知道你提供的public方法，我就調(diào)用這么多，其他的一概不關(guān)心。

法則分析

• 朋友類：

在迪米特法則中，對于一個對象，其朋友包括以下幾類： (1) 當(dāng)前對象本身(this)； (2) 以參數(shù)形式傳入到當(dāng)前對象方法中的對象； (3) 當(dāng)前對象的成員對象； (4) 如果當(dāng)前對象的成員對象是一個集合，那么集合中的元素也都是朋友；(5) 當(dāng)前對象所創(chuàng)建的對象。

任何一個對象，如果滿足上面的條件之一，就是當(dāng)前對象的“朋友”，否則就是“陌生人”。

• 狹義法則和廣義法則：

在狹義的迪米特法則中，如果兩個類之間不必彼此直接通信，那么這兩個類就不應(yīng)當(dāng)發(fā)生直接的相互作用，如果其中的一個類需要調(diào)用另一個類的某一個方法的話，可以通過第三者轉(zhuǎn)發(fā)這個調(diào)用。

狹義的迪米特法則：可以降低類之間的耦合，但是會在系統(tǒng)中增加大量的小方法并散落在系統(tǒng)的各個角落，它可以使一個系統(tǒng)的局部設(shè)計簡化，因為每一個局部都不會和遠(yuǎn)距離的對象有直接的關(guān)聯(lián)，但是也會造成系統(tǒng)的不同模塊之間的通信效率降低，使得系統(tǒng)的不同模塊之間不容易協(xié)調(diào)。點擊這里查看高可用架構(gòu)設(shè)計9種方案詳解。

廣義的迪米特法則：指對對象之間的信息流量、流向以及信息的影響的控制，主要是對信息隱藏的控制。信息的隱藏可以使各個子系統(tǒng)之間脫耦，從而允許它們獨立地被開發(fā)、優(yōu)化、使用和修改，同時可以促進軟件的復(fù)用，由于每一個模塊都不依賴于其他模塊而存在，因此每一個模塊都可以獨立地在其他的地方使用。一個系統(tǒng)的規(guī)模越大，信息的隱藏就越重要，而信息隱藏的重要性也就越明顯。

• 迪米特法則的主要用途：在于控制信息的過載。

  • 在類的劃分上，應(yīng)當(dāng)盡量創(chuàng)建松耦合的類，類之間的耦合度越低，就越有利于復(fù)用，一個處在松耦合中的類一旦被修改，不會對關(guān)聯(lián)的類造成太大波及；

  • 在類的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，每一個類都應(yīng)當(dāng)盡量降低其成員變量和成員函數(shù)的訪問權(quán)限；

  • 在類的設(shè)計上，只要有可能，一個類型應(yīng)當(dāng)設(shè)計成不變類；

  • 在對其他類的引用上，一個對象對其他對象的引用應(yīng)當(dāng)降到最低。

例子

外觀模式Facade（結(jié)構(gòu)型）

迪米特法則與設(shè)計模式Facade模式、Mediator模式

系統(tǒng)中的類，盡量不要與其他類互相作用，減少類之間的耦合度，因為在你的系統(tǒng)中，擴展的時候，你可能需要修改這些類，而類與類之間的關(guān)系，決定了修改的復(fù)雜度，相互作用越多，則修改難度就越大，反之，如果相互作用的越小，則修改起來的難度就越小。例如A類依賴B類，則B類依賴C類，當(dāng)你在修改A類的時候，你要考慮B類是否會受到影響，而B類的影響是否又會影響到C類。 如果此時C類再依賴D類的話，呵呵，我想這樣的修改有的受了。

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Q&A

面向?qū)ο笤O(shè)計其他原則

封裝變化

少用繼承 多用組合

針對接口編程 不針對實現(xiàn)編程

為交互對象之間的松耦合設(shè)計而努力

類應(yīng)該對擴展開發(fā) 對修改封閉（開閉OCP原則）

依賴抽象，不要依賴于具體類（依賴倒置DIP原則）

密友原則：只和朋友交談（最少知識原則，迪米特法則）

說明：一個對象應(yīng)當(dāng)對其他對象有盡可能少的了解，將方法調(diào)用保持在界限內(nèi)，只調(diào)用屬于以下范圍的方法： 該對象本身（本地方法）對象的組件 被當(dāng)作方法參數(shù)傳進來的對象 此方法創(chuàng)建或?qū)嵗娜魏螌ο?/p>

別找我（調(diào)用我） 我會找你（調(diào)用你）（好萊塢原則）

一個類只有一個引起它變化的原因（單一職責(zé)SRP原則）

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你能解釋一下里氏替換原則嗎?

嚴(yán)格定義：如果對每一個類型為S的對象o1，都有類型為T的對象o2，使得以T定義的所有程序P在所有的對象用o1替換o2時，程序P的行為沒有變化，那么類型S是類型T的子類型。

通俗表述：所有引用基類（父類）的地方必須能透明地使用其子類的對象。也就是說子類可以擴展父類的功能，但不能改變父類原有的功能。它包含以下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特有的方法。

當(dāng)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(dāng)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(yán)格。

什么情況下會違反迪米特法則？為什么會有這個問題？

迪米特法則建議“只和朋友說話，不要陌生人說話”，以此來減少類之間的耦合。

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給我一個符合開閉原則的設(shè)計模式的例子？

開閉原則要求你的代碼對擴展開放，對修改關(guān)閉。這個意思就是說，如果你想增加一個新的功能，你可以很容易的在不改變已測試過的代碼的前提下增加新的代碼。有好幾個設(shè)計模式是基于開閉原則的，如策略模式，如果你需要一個新的策略，只需要實現(xiàn)接口，增加配置，不需要改變核心邏輯。一個正在工作的例子是 Collections.sort() 方法，這就是基于策略模式，遵循開閉原則的，你不需為新的對象修改 sort() 方法，你需要做的僅僅是實現(xiàn)你自己的 Comparator 接口。

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什么時候使用享元模式（蠅量模式）？

享元模式通過共享對象來避免創(chuàng)建太多的對象。為了使用享元模式，你需要確保你的對象是不可變的，這樣你才能安全的共享。JDK 中 String 池、Integer 池以及 Long 池都是很好的使用了享元模式的例子。

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參考文章

www.uml.org.cn/sjms/201211023.asp

blog.csdn.net/hguisu/article/details/7571617

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java架构师必须知道的 6 大设计原则的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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