面试题：Java复杂系统中SOLID原则与设计模式的权衡及优化

1. 引入SOLID原则步骤

单一职责原则（SRP）

分析与拆分：审查现有类，确定每个类所承担的多个职责。例如，一个类既处理用户认证逻辑，又负责订单处理。将其拆分为UserAuthentication类专注于认证，OrderProcessor类负责订单相关操作。
代码重构：把相关方法和数据从原类迁移到新类，确保每个类仅有一个明确的职责。

开闭原则（OCP）

抽象与扩展：识别可能变化的部分，通过抽象（如接口或抽象类）进行封装。以电商系统的促销策略为例，定义PromotionStrategy接口，包含calculateDiscount方法。
实现具体策略：针对不同促销策略（如满减、折扣）创建实现该接口的具体类，如FullReductionPromotion和DiscountPromotion。这样在新增促销策略时，无需修改原有代码，只需创建新的实现类。

里氏替换原则（LSP）

确保继承正确性：检查继承关系，确保子类可以完全替换父类。比如Square类继承Rectangle类，需保证Square对象在任何使用Rectangle对象的地方都能正常工作。如果Rectangle有设置宽和高的方法，Square在重写时要保证设置宽高的行为符合Square的定义（即宽高相等）。
修正违反情况：若发现子类行为与父类不一致，考虑重新设计继承结构，如使用组合代替继承。

接口隔离原则（ISP）

拆分臃肿接口：找出包含过多方法的接口，将其拆分为多个专用接口。例如，一个Employee接口包含work、manage、report等方法，对于普通员工和经理可能不需要全部方法。可以拆分为Worker接口（包含work方法）、Manager接口（包含manage和report方法）。
类实现专用接口：让类只实现其需要的接口，减少不必要的依赖。

依赖倒置原则（DIP）

依赖抽象而非具体：在高层模块中，依赖抽象类或接口，而不是具体实现类。例如，一个PaymentService类依赖PaymentGateway接口，而不是具体的AlipayGateway或WeChatPayGateway类。
通过构造函数或方法注入：在创建PaymentService实例时，通过构造函数或方法参数传入具体的PaymentGateway实现类，实现依赖注入。

2. 结合设计模式重构

策略模式

应用场景：用于解决系统中算法多变的问题，如上述电商系统的促销策略。
实现方式：定义策略接口，创建具体策略类实现接口，在需要使用策略的地方注入具体策略对象。例如：

// 策略接口
public interface PromotionStrategy {
    double calculateDiscount(double price);
}

// 具体策略类1
public class FullReductionPromotion implements PromotionStrategy {
    @Override
    public double calculateDiscount(double price) {
        // 满减逻辑
        return price > 100? price - 20 : price;
    }
}

// 具体策略类2
public class DiscountPromotion implements PromotionStrategy {
    @Override
    public double calculateDiscount(double price) {
        // 折扣逻辑
        return price * 0.8;
    }
}

// 使用策略的类
public class Order {
    private PromotionStrategy promotionStrategy;

    public Order(PromotionStrategy promotionStrategy) {
        this.promotionStrategy = promotionStrategy;
    }

    public double calculateTotalPrice(double originalPrice) {
        return promotionStrategy.calculateDiscount(originalPrice);
    }
}

装饰器模式

应用场景：当需要在运行时给对象添加新功能时使用。例如，给Logger类添加加密功能。
实现方式：定义抽象组件（如Logger接口），具体组件类（如FileLogger实现Logger接口），抽象装饰器类继承抽象组件类并持有抽象组件的引用，具体装饰器类继承抽象装饰器类并实现新增功能。例如：

// 抽象组件
public interface Logger {
    void log(String message);
}

// 具体组件
public class FileLogger implements Logger {
    @Override
    public void log(String message) {
        System.out.println("Logging to file: " + message);
    }
}

// 抽象装饰器
public abstract class LoggerDecorator implements Logger {
    protected Logger logger;

    public LoggerDecorator(Logger logger) {
        this.logger = logger;
    }

    @Override
    public void log(String message) {
        logger.log(message);
    }
}

// 具体装饰器
public class EncryptedLoggerDecorator extends LoggerDecorator {
    public EncryptedLoggerDecorator(Logger logger) {
        super(logger);
    }

    @Override
    public void log(String message) {
        String encryptedMessage = encrypt(message);
        super.log(encryptedMessage);
    }

    private String encrypt(String message) {
        // 加密逻辑
        return new StringBuilder(message).reverse().toString();
    }
}

3. 权衡设计模式对系统的影响及优化策略

性能影响及优化

策略模式：每次切换策略可能会创建新的策略对象，增加对象创建开销。优化策略是使用策略对象池，复用已创建的策略对象，减少对象创建频率。
装饰器模式：多层装饰可能导致方法调用链变长，影响性能。可以通过缓存装饰后的结果，避免重复计算。例如，在EncryptedLoggerDecorator中缓存加密后的消息。

资源占用影响及优化

策略模式：策略对象池会占用一定内存空间。可以设置对象池的最大容量，当超过容量时，采用合适的淘汰算法（如LRU）释放不再使用的策略对象。
装饰器模式：过多的装饰器类会增加代码体积和内存占用。合理规划装饰器结构，避免不必要的装饰，对于不常用的装饰功能，可以采用动态加载的方式，减少初始内存占用。

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面试题：Java复杂系统中SOLID原则与设计模式的权衡及优化

知识考点

面试题答案

1. 引入SOLID原则步骤

单一职责原则（SRP）

开闭原则（OCP）

里氏替换原则（LSP）

接口隔离原则（ISP）

依赖倒置原则（DIP）

2. 结合设计模式重构

策略模式

装饰器模式

3. 权衡设计模式对系统的影响及优化策略

性能影响及优化

资源占用影响及优化