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1 代理模式
1.1 概述
由于某些原因需要给某对象提供一个代理以控制对该对象的访问。这时，访问对象不适合或者不能直接引用目标对象，代理对象作为访问对象和目标对象之间的中介。
Java中的代理按照代理类生成时机不同又分为静态代理和动态代理。静态代理代理类在编译期就生成，而动态代理代理类则是在Java运行时动态生成。动态代理又有JDK代理和CGLib代理两种。
1.2 结构
代理（Proxy）模式分为三种角色：
- 抽象主题（Subject）类： 通过接口或抽象类声明真实主题和代理对象实现的业务方法。
- 真实主题（Real Subject）类： 实现了抽象主题中的具体业务，是代理对象所代表的真实对象，是最终要引用的对象。
- 代理（Proxy）类 ： 提供了与真实主题相同的接口，其内部含有对真实主题的引用，它可以访问、控制或扩展真实主题的功能。
1.3 静态代理
例：火车站卖票
如果要买火车票的话，需要去火车站买票，坐车到火车站，排队等一系列的操作，显然比较麻烦。而火车站在多个地方都有代售点，去代售点买票就方便很多了。典型的代理模式，火车站是目标对象，代售点是代理对象。
代码如下：
//卖票接口
public interface SellTickets {
void sell();
}
//火车站 火车站具有卖票功能，所以需要实现SellTickets接口
public class TrainStation implements SellTickets {
public void sell() {
System.out.println("火车站卖票");
}
}
//代售点
public class ProxyPoint implements SellTickets {
private TrainStation station = new TrainStation();
public void sell() {
System.out.println("代理点收取服务费用");
station.sell();
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
ProxyPoint pp = new ProxyPoint();
pp.sell();
}
}
测试类直接访问的是ProxyPoint类对象，也就是说ProxyPoint作为访问对象和目标对象的中介。同时对sell方法进行了增强（代理点收取服务费用）。
1.4 JDK动态代理
提供了一个创建代理对象的静态方法（newProxyInstance方法）来获取代理对象。
代码如下：
//卖票接口
public interface SellTickets {
void sell();
}
//火车站 火车站具有卖票功能，所以需要实现SellTickets接口
public class TrainStation implements SellTickets {
public void sell() {
System.out.println("火车站卖票");
}
}
//代理工厂，用来创建代理对象
public class ProxyFactory {
private TrainStation station = new TrainStation();
public SellTickets getProxyObject() {
//使用Proxy获取代理对象
/*
newProxyInstance()方法参数说明：
ClassLoader loader ： 类加载器，用于加载代理类，使用真实对象的类加载器即可
Class<?>[] interfaces ： 真实对象所实现的接口，代理模式真实对象和代理对象实现相同的接口
InvocationHandler h ： 代理对象的调用处理程序
*/
SellTickets sellTickets = (SellTickets) Proxy.newProxyInstance(station.getClass().getClassLoader(),
station.getClass().getInterfaces(),
new InvocationHandler() {
/*
InvocationHandler中invoke方法参数说明：
proxy ： 代理对象
method ： 对应于在代理对象上调用的接口方法的 Method 实例
args ： 代理对象调用接口方法时传递的实际参数
*/
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("代理点收取服务费用(JDK动态代理方式)");
//执行真实对象
Object result = method.invoke(station, args);
return result;
}
});
return sellTickets;
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//获取代理对象
ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
SellTickets proxyObject = factory.getProxyObject();
proxyObject.sell();
}
}
ProxyFactory不是代理模式中所说的代理类，而代理类是程序在运行过程中动态的在内存中生成的类。
1.5 CGLIB动态代理
如果没有定义SellTickets接口，只定义了TrainStation(火车站类)。很显然JDK代理是无法使用了，因为JDK动态代理要求必须定义接口，对接口进行代理。
CGLIB是一个功能强大，高性能的代码生成包。它为没有实现接口的类提供代理，为JDK的动态代理提供了很好的补充。
CGLIB是第三方提供的包，所以需要引入jar包的坐标：
<dependency>
<groupId>cglib</groupId>
<artifactId>cglib</artifactId>
<version>2.2.2</version>
</dependency>
代码如下：
//火车站
public class TrainStation {
public void sell() {
System.out.println("火车站卖票");
}
}
//代理工厂
public class ProxyFactory implements MethodInterceptor {
private TrainStation target = new TrainStation();
public TrainStation getProxyObject() {
//创建Enhancer对象，类似于JDK动态代理的Proxy类，下一步就是设置几个参数
Enhancer enhancer =new Enhancer();
//设置父类的字节码对象
enhancer.setSuperclass(target.getClass());
//设置回调函数
enhancer.setCallback(this);
//创建代理对象
TrainStation obj = (TrainStation) enhancer.create();
return obj;
}
/*
intercept方法参数说明：
o ： 代理对象
method ： 真实对象中的方法的Method实例
args ： 实际参数
methodProxy ：代理对象中的方法的method实例
*/
public TrainStation intercept(Object o, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
System.out.println("代理点收取服务费用(CGLIB动态代理方式)");
TrainStation result = (TrainStation) methodProxy.invokeSuper(o, args);
return result;
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建代理工厂对象
ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
//获取代理对象
TrainStation proxyObject = factory.getProxyObject();
proxyObject.sell();
}
}
1.6 三种代理的对比
-
jdk代理和CGLIB代理
使用CGLib实现动态代理，CGLib底层采用ASM字节码生成框架，使用字节码技术生成代理类，在JDK1.6之前比使用Java反射效率要高。CGLib不能对声明为final的类或者方法进行代理，因为CGLib原理是动态生成被代理类的子类。
JDK1.8代理效率高于CGLib代理。所以如果有接口使用JDK动态代理，如果没有接口使用CGLIB代理。
-
动态代理和静态代理
动态代理与静态代理相比较，最大的好处是接口中声明的所有方法都被转移到调用处理器一个集中的方法中处理（InvocationHandler.invoke）。在接口方法数量比较多的时候，可以进行灵活处理，而不需要像静态代理那样每一个方法进行中转。
如果接口增加一个方法，静态代理模式除了所有实现类需要实现这个方法外，所有代理类也需要实现此方法。增加了代码维护的复杂度。而动态代理不会出现该问题
1.7 优缺点
优点：
- 代理模式在客户端与目标对象之间起到一个中介作用和保护目标对象的作用；
- 代理对象可以扩展目标对象的功能；
- 代理模式能将客户端与目标对象分离，在一定程度上降低了系统的耦合度；
缺点：
- 增加了系统的复杂度；
1.8 使用场景
-
远程（Remote）代理
本地服务通过网络请求远程服务。为了实现本地到远程的通信，需要实现网络通信，处理其中可能的异常。为良好的代码设计和可维护性，将网络通信部分隐藏起来，只暴露给本地服务一个接口，通过该接口即可访问远程服务提供的功能，而不必过多关心通信部分的细节。
-
防火墙（Firewall）代理
当你将浏览器配置成使用代理功能时，防火墙就将你的浏览器的请求转给互联网；当互联网返回响应时，代理服务器再把它转给你的浏览器。
-
保护（Protect or Access）代理
控制对一个对象的访问，如果需要，可以给不同的用户提供不同级别的使用权限。
2 适配器模式
2.1 概述
将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。
适配器模式分为类适配器模式和对象适配器模式，前者类之间的耦合度比后者高，且要求了解现有组件库中的相关组件的内部结构，应用相对较少些。
2.2 结构
适配器模式（Adapter）包含以下主要角色：
- 目标（Target）接口：当前系统业务所期待的接口，它可以是抽象类或接口。
- 适配者（Adaptee）类：它是被访问和适配的现存组件库中的组件接口。
- 适配器（Adapter）类：它是一个转换器，通过继承或引用适配者的对象，把适配者接口转换成目标接口，让客户按目标接口的格式访问适配者。
2.3 类适配器模式
定义一个适配器类来实现当前系统的业务接口，同时又继承现有组件库中已经存在的组件。
例：读卡器
现有一台电脑只能读取SD卡，而要读取TF卡中的内容的话就需要使用到适配器模式。创建一个读卡器，将TF卡中的内容读取出来。
代码如下：
//SD卡的接口
public interface SDCard {
//读取SD卡方法
String readSD();
//写入SD卡功能
void writeSD(String msg);
}
//SD卡实现类
public class SDCardImpl implements SDCard {
public String readSD() {
String msg = "sd card read a msg :hello word SD";
return msg;
}
public void writeSD(String msg) {
System.out.println("sd card write msg : " + msg);
}
}
//电脑类
public class Computer {
public String readSD(SDCard sdCard) {
if(sdCard == null) {
throw new NullPointerException("sd card null");
}
return sdCard.readSD();
}
}
//TF卡接口
public interface TFCard {
//读取TF卡方法
String readTF();
//写入TF卡功能
void writeTF(String msg);
}
//TF卡实现类
public class TFCardImpl implements TFCard {
public String readTF() {
String msg ="tf card read msg : hello word tf card";
return msg;
}
public void writeTF(String msg) {
System.out.println("tf card write a msg : " + msg);
}
}
//定义适配器类（SD兼容TF）
public class SDAdapterTF extends TFCardImpl implements SDCard {
public String readSD() {
System.out.println("adapter read tf card ");
return readTF();
}
public void writeSD(String msg) {
System.out.println("adapter write tf card");
writeTF(msg);
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Computer computer = new Computer();
SDCard sdCard = new SDCardImpl();
System.out.println(computer.readSD(sdCard));
System.out.println("------------");
SDAdapterTF adapter = new SDAdapterTF();
System.out.println(computer.readSD(adapter));
}
}
类适配器模式违背了合成复用原则。类适配器是客户类有一个接口规范的情况下可用，反之不可用。
2.4 对象适配器模式
对象适配器模式可釆用将现有组件库中已经实现的组件引入适配器类中，该类同时实现当前系统的业务接口。
类适配器模式的代码，只需要修改适配器类（SDAdapterTF）和测试类。
//创建适配器对象（SD兼容TF）
public class SDAdapterTF implements SDCard {
private TFCard tfCard;
public SDAdapterTF(TFCard tfCard) {
this.tfCard = tfCard;
}
public String readSD() {
System.out.println("adapter read tf card ");
return tfCard.readTF();
}
public void writeSD(String msg) {
System.out.println("adapter write tf card");
tfCard.writeTF(msg);
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Computer computer = new Computer();
SDCard sdCard = new SDCardImpl();
System.out.println(computer.readSD(sdCard));
System.out.println("------------");
TFCard tfCard = new TFCardImpl();
SDAdapterTF adapter = new SDAdapterTF(tfCard);
System.out.println(computer.readSD(adapter));
}
}
2.5 使用场景
- 以前开发的系统存在满足新系统功能需求的类，但其接口同新系统的接口不一致。
- 使用第三方提供的组件，但组件接口定义和自己要求的接口定义不同。
2.6 JDK源码
Reader（字符流）、InputStream（字节流）的适配使用的是InputStreamReader。
InputStreamReader继承自java.io包中的Reader，如：
public int read() throws IOException {
return sd.read();
}
public int read(char cbuf[], int offset, int length) throws IOException {
return sd.read(cbuf, offset, length);
}
sd（StreamDecoder类对象），在Sun的JDK实现中，实际的方法实现是对sun.nio.cs.StreamDecoder类的同名方法的调用封装。
- InputStreamReader是对同样实现了Reader的StreamDecoder的封装。
- StreamDecoder不是Java SE API中的内容，是Sun JDK给出的自身实现。但我们知道他们对构造方法中的字节流类（InputStream）进行封装，并通过该类进行了字节流和字符流之间的解码转换。
结论：
InputStreamReader做了InputStream字节流类到Reader字符流之间的转换。StreamDecoder的设计实现在实际上采用了适配器模式。
3 装饰者模式
3.1 概述
指在不改变现有对象结构的情况下，动态地给该对象增加一些职责（即增加其额外功能）的模式。
3.2 结构
装饰（Decorator）模式中的角色：
- 抽象构件（Component）角色 ：定义一个抽象接口以规范准备接收附加责任的对象。
- 具体构件（Concrete Component）角色 ：实现抽象构件，通过装饰角色为其添加一些职责。
- 抽象装饰（Decorator）角色 ： 继承或实现抽象构件，并包含具体构件的实例，可以通过其子类扩展具体构件的功能。
- 具体装饰（ConcreteDecorator）角色 ：实现抽象装饰的相关方法，并给具体构件对象添加附加的责任。
3.3 实例
代码如下：
//快餐接口
public abstract class FastFood {
private float price;
private String desc;
public FastFood() {
}
public FastFood(float price, String desc) {
this.price = price;
this.desc = desc;
}
public void setPrice(float price) {
this.price = price;
}
public float getPrice() {
return price;
}
public String getDesc() {
return desc;
}
public void setDesc(String desc) {
this.desc = desc;
}
public abstract float cost(); //获取价格
}
//炒饭
public class FriedRice extends FastFood {
public FriedRice() {
super(10, "炒饭");
}
public float cost() {
return getPrice();
}
}
//炒面
public class FriedNoodles extends FastFood {
public FriedNoodles() {
super(12, "炒面");
}
public float cost() {
return getPrice();
}
}
//配料类
public abstract class Garnish extends FastFood {
private FastFood fastFood;
public FastFood getFastFood() {
return fastFood;
}
public void setFastFood(FastFood fastFood) {
this.fastFood = fastFood;
}
public Garnish(FastFood fastFood, float price, String desc) {
super(price,desc);
this.fastFood = fastFood;
}
}
//鸡蛋配料
public class Egg extends Garnish {
public Egg(FastFood fastFood) {
super(fastFood,1,"鸡蛋");
}
public float cost() {
return getPrice() + getFastFood().getPrice();
}
@Override
public String getDesc() {
return super.getDesc() + getFastFood().getDesc();
}
}
//培根配料
public class Bacon extends Garnish {
public Bacon(FastFood fastFood) {
super(fastFood,2,"培根");
}
@Override
public float cost() {
return getPrice() + getFastFood().getPrice();
}
@Override
public String getDesc() {
return super.getDesc() + getFastFood().getDesc();
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//点一份炒饭
FastFood food = new FriedRice();
//花费的价格
System.out.println(food.getDesc() + " " + food.cost() + "元");
System.out.println("========");
//点一份加鸡蛋的炒饭
FastFood food1 = new FriedRice();
food1 = new Egg(food1);
//花费的价格
System.out.println(food1.getDesc() + " " + food1.cost() + "元");
System.out.println("========");
//点一份加培根的炒面
FastFood food2 = new FriedNoodles();
food2 = new Bacon(food2);
//花费的价格
System.out.println(food2.getDesc() + " " + food2.cost() + "元");
}
}
好处：
-
饰者模式可以带来比继承更加灵活性的扩展功能，使用更加方便，可以通过组合不同的装饰者对象来获取具有不同行为状态的多样化的结果。装饰者模式比继承更具良好的扩展性，完美的遵循开闭原则，继承是静态的附加责任，装饰者则是动态的附加责任。
-
装饰类和被装饰类可以独立发展，不会相互耦合，装饰模式是继承的一个替代模式，装饰模式可以动态扩展一个实现类的功能。
3.4 使用场景
-
当不能采用继承的方式对系统进行扩充或者采用继承不利于系统扩展和维护时。
- 第一类是系统中存在大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长；
- 第二类是因为类定义不能继承（如final类）
-
在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责。
-
当对象的功能要求可以动态地添加，也可以再动态地撤销时。
3.5 JDK源码
IO流中的包装类使用到了装饰者模式。BufferedInputStream，BufferedOutputStream，BufferedReader，BufferedWriter。
BufferedWriter
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//创建BufferedWriter对象
//创建FileWriter对象
FileWriter fw = new FileWriter("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt");
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw);
//写数据
bw.write("hello Buffered");
bw.close();
}
}
BufferedWriter使用装饰者模式对Writer子实现类进行了增强，添加了缓冲区，提高了写数据的效率。
3.6 代理和装饰者的区别
- 相同点：
- 都要实现与目标类相同的业务接口
- 在两个类中都要声明目标对象
- 都可以在不修改目标类的前提下增强目标方法
- 不同点：
- 目的不同
装饰者是为了增强目标对象
静态代理是为了保护和隐藏目标对象 - 获取目标对象构建的地方不同
装饰者是由外界传递进来，可以通过构造方法传递
静态代理是在代理类内部创建，以此来隐藏目标对象
- 目的不同