设计模式の享元模板代理模式

embedded/2024/12/23 17:18:43/

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前言

  本篇是关于设计模式中享元模式、模板模式、以及代理模式的学习笔记。

一、享元模式

  享元模式是一种结构型设计模式，目的是为了相似对象的复用，减少内存的消耗，在享元模式中，主要包含以下的角色：

  • Flyweight（抽象享元）：定义享元对象的接口，规定了可以共享的内容。
  • ConcreteFlyweight（不可变对象）：实现抽象享元接口，封装内部状态，确保可以被共享。
  • UnsharedConcreteFlyweight（可变对象）：不需要共享的对象。
  • FlyweightFactory（享元工厂）：管理和创建享元对象，确保可以复用已经存在的享元。
  • Client（客户端）：使用享元对象，负责将外部状态传递给享元对象。

  下面通过一个案例说明一下，例如围棋，有黑白两种颜色的棋子，如果为每个棋子都创建一次对象，会占用很大的内存。如果利用享元模式进行改造，可以将下棋的行为看做是抽象享元，而棋子可以视为实现了抽象享元接口的不可变对象。下棋的选手可以看作是可变对象：

java">public interface PlayChess {/*** 下棋* @param player*/void playChess(Player player);}
java">/*** 棋子类*/
public class GochessPieces implements PlayChess{private String color;public GochessPieces() {}public GochessPieces(String color) {this.color = color;}@Overridepublic void playChess(Player player) {System.out.println(player + "落" + color);}
}
java">/*** 玩家*/
public class Player {private String name;public Player() {}public Player(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}@Overridepublic String toString() {return "Player{" +"name='" + name + '\'' +'}';}
}
java">/*** 享元工厂*/
public class ChessFactory {private HashMap<String,PlayChess> map = new HashMap<>();public PlayChess getChess(String color){if (!map.containsKey(color)){map.put(color,new GochessPieces(color));}return (PlayChess)map.get(color);}public int poolSize(){return map.size();}
}

  模拟下棋的操作：

java">/*** 模拟下棋*/
public class Client {public static void main(String[] args) {ChessFactory chessFactory = new ChessFactory();PlayChess chess1 = chessFactory.getChess("白子");chess1.playChess(new Player("张三"));PlayChess chess2 = chessFactory.getChess("黑子");chess2.playChess(new Player("张三"));PlayChess chess3 = chessFactory.getChess("白子");chess3.playChess(new Player("李四"));PlayChess chess4 = chessFactory.getChess("黑子");chess4.playChess(new Player("李四"));PlayChess chess5 = chessFactory.getChess("白子");chess5.playChess(new Player("张三"));System.out.println("chessFactory.poolSize() = " + chessFactory.poolSize());}
}

Player{name=‘张三’}落白子
Player{name=‘张三’}落黑子
Player{name=‘李四’}落白子
Player{name=‘李四’}落黑子
Player{name=‘张三’}落白子
chessFactory.poolSize() = 2

  可以看出，虽然棋子被多次利用，但是在享元工厂中，最多只有两个棋子对象，即黑子和白子，其关键点在于：

  • 共享对象：黑棋和白棋各只有一个实例，无需为每个棋子创建新对象。
  • 内外部状态分离：颜色作为内部状态是共享的；位置作为外部状态在调用时传入。
  • 减少内存占用：通过共享棋子对象，大幅减少了内存开销。

二、模板方法模式

  模板方法模式是一种行为设计模式，通过定义一个算法框架，允许子类在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些步骤。模板方法模式的主要目的是将算法的不变部分抽取到父类中，而将可变部分留给子类去实现，提高代码的复用性和灵活性，其中还涉及到钩子方法的使用。
  举一个生活中的案例，比如制作豆浆的过程，有相同的操作，也有针对不同类型的豆浆采取的特殊处理，用一个抽象的模板方法类，说明制作豆浆的步骤，以及对外提供制作的方法：

java">public abstract class CreateSoyaMilk {final void make(){prepare();if (isSoakBeans()){soakBeans();}grinding();boil();}/*** 钩子方法* @return*/boolean isSoakBeans(){return true;}/*** 准备材料* 不同的豆浆准备不同材料*/public abstract void prepare();/*** 浸泡豆子* 不同的豆浆浸泡不同的豆子*/public abstract void soakBeans();public void grinding(){System.out.println("打磨豆浆");}public void boil(){System.out.println("煮沸豆浆");}
}

  对于制作不同类型的豆浆，只需要继承模板方法类，然后根据自己的特点进行特殊处理即可：

java">public class RedBeanSoybeanMilk extends CreateSoyaMilk{@Overridepublic void prepare() {System.out.println("准备红豆");}@Overridepublic void soakBeans() {System.out.println("浸泡红豆");}
}

  如果黄豆豆浆不需要浸泡，则重写模板中的钩子方法：

java">public class YellowBeanSoybeanMilk extends CreateSoyaMilk{@Overridepublic void prepare() {System.out.println("准备黄豆");}/*** 假设黄豆豆浆不需要浸泡*/@Overridepublic void soakBeans() {}@Overrideboolean isSoakBeans() {return false;}
}

  制作豆浆：

java">public class Client {public static void main(String[] args) {new RedBeanSoybeanMilk().make();System.out.println("**************************");new YellowBeanSoybeanMilk().make();}
}

准备红豆
浸泡红豆
打磨豆浆
煮沸豆浆

准备黄豆
打磨豆浆
煮沸豆浆

  模板方法模式也存在一定的局限性，因为是使用继承的体系结构，如果父类的修改影响较大，会导致所有子类需要同步更新。通常适用于有固定的算法结构，但子类的实现细节不同的场景。

三、代理模式

  代理模式是一种结构型设计模式，其核心目的是为了在使用目标对象的前后，对其进行拦截，增加一些统一的操作或是校验，是一种非常重要的模式，Spring AOP就是基于代理实现。
  代理模式可以分为静态代理和动态代理，动态代理又可以细分为JDK动态代理和Cglib动态代理。前者需要目标类实现接口，后者不需要，会在运行时动态生成目标类的子类。

3.1、静态代理

  首先演示一下什么是静态代理，静态代理要求目标类和代理类都要同时去实现接口：

java">public interface ITeacher {void teach();
}

java">public class TeacherDao implements ITeacher{@Overridepublic void teach() {System.out.println("开始上课。。。。");}
}

java">/*** 静态代理案例* 缺点，如果接口中要增加方法，被代理类和代理类都需要同步增加*/
public class TeacherDaoProxy implements ITeacher{private ITeacher teacher;public TeacherDaoProxy(ITeacher teacher){this.teacher = teacher;}@Overridepublic void teach() {System.out.println("课前准备。。。。");teacher.teach();System.out.println("下课。。。。。");}
}

课前准备。。。。
开始上课。。。。
下课。。。。。

3.2、JDK动态代理

  JDK动态代理的实现，主要依靠java.lang.reflect.Proxy包下的newProxyInstance方法，该方法会在运行时动态的生成代理类，详见：从源码角度分析JDK动态代理：

java">public interface ITeacher {void teach();
}
java">public class TeacherDao implements ITeacher {@Overridepublic void teach() {System.out.println("开始上课。。。。");}
}

java">public class JdkProxyFactory {/*** 被代理的目标类*/private Object target;public JdkProxyFactory(Object target) {this.target = target;}public Object getProxyInstance(){return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),target.getClass().getInterfaces(),(proxy, method, args) -> {System.out.println("课前准备");//通过反射调用目标方法Object o = method.invoke(target, args);System.out.println("下课");return o;});}
}
java">public class Client {public static void main(String[] args) {JdkProxyFactory jdkProxyFactory = new JdkProxyFactory(new TeacherDao());ITeacher proxyInstance = (ITeacher) jdkProxyFactory.getProxyInstance();proxyInstance.teach();}
}

3.3、Cglib动态代理

  JDK动态代理的实现，主要依靠org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor包下的intercept方法，和JDK动态代理不同的是，不要求目标类实现接口，而是直接通过字节码技术生成目标类的子类

java">public class TeacherDao{public void teach() {System.out.println("开始上课。。。。");}
}
java">/*** cglib动态代理，不需要目标类实现接口* 运行时使用字节码技术动态增强*/
public class CglibProxyFactory implements MethodInterceptor {Object target;public CglibProxyFactory(Object target) {this.target = target;}public Object getProxyInstance(){Enhancer enhancer = new Enhancer();enhancer.setCallback(this);enhancer.setSuperclass(target.getClass());return enhancer.create();}@Overridepublic Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {System.out.println("课前准备");Object invoke = method.invoke(target, objects);System.out.println("下课");return invoke;}
}

java">public class Client {public static void main(String[] args) {CglibProxyFactory cglibProxyFactory = new CglibProxyFactory(new TeacherDao());TeacherDao proxyInstance = (TeacherDao) cglibProxyFactory.getProxyInstance();proxyInstance.teach();}
}

  但是目标类，或方法如果被private，final关键字修饰，以及目标方法被static修饰，则无法进行代理，因为上述修饰符的方法无法被继承。

3.4、小结

  动态代理和静态代理的区别，主要体现在：

  • 静态代理是在编译期间由开发者显式编写代理类或通过工具生成，代理类在运行时已经存在：
    在这里插入图片描述
  • 动态代理在运行时动态生成代理类，代理类的字节码不会提前编写，而是通过反射或字节码操作框架生成。（使用JDK或第三方字节码库提供的API）
    运行时，JDK 动态代理会生成类似下面的代理类:com.light.proxy.jdkproxy.$Proxy0，其不会存在于target目录下。
      在Spring AOP中，也会根据是否实现了接口，去选择不同的动态代理。

http://www.ppmy.cn/embedded/148121.html

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