Java進階篇設計模式之七 ----- 享元模式和代理模式

前言

在上一篇中我們學習了結構型模式的組合模式和過濾器模式。本篇則來學習下結構型模式最后的兩個模式， 享元模式和代理模式。

享元模式

簡介

享元模式主要用於減少創建對象的數量，以減少內存占用和提高性能。這種類型的設計模式屬於結構型模式，它提供了減少對象數量從而改善應用所需的對象結構的方式。

用通俗的話來說就是進行共用。生活中也有一些例子，比如之前很火的共享單車，更早之前的圖書館，編程中經常用的String類，數據庫連接池等等。當然，享元模式主要的目的是復用，如果該對象沒有的話，就會進行創建。

享元模式的角色主要分為三大類，抽象享元類、具體享元類以及享元工廠類。

• 抽象享元類：所有具體享元類的超類或者接口，通過這個接口，可以接受並作用於外部專題。
• 具體享元類：實現抽象享元類接口的功能並增加存儲空間。
• 享元工廠類：用來創建並管理抽象享元類對象，它主要用來確保合理地共享。每當接受到一個請求是，便會提供一個已經創建的抽象享元類對象或者新建一個。 享元模式的核心在於享元工廠類，享元工廠類的作用在於提供一個用於存儲享元對象的享元池，用戶需要對象時，首先從享元池中獲取，如果享元池中不存在 ，則創建一個新的享元對象返回給用戶，並在享元池中保存該新增對象。

其它的就不再多說，這里依舊使用一個簡單的示例來加以說明。
在我們以前讀書的時候，經常會用到筆，其中鉛筆又是最早接觸的，我們最開始使用鉛筆可能不是寫字，而是進行畫畫。這里我們可以把筆當作一個抽象享元類，鉛筆當作一個具體享元類，然后再創建一個享元工廠類，用於創建和管理，最后再由調用者決定用鉛筆進行干嘛。

首先，我們創建一個接口。

interface Pen {
   void write();
}

然后再創建一個享元工廠類，指定需要內部需要做的事情。

class Penil implements Pen {
   private String name;
   private String something; 
   private  int i;
   
   public Penil(String name) {
   	this.name = name;
   	i++;
   	System.out.println(name+" 第:"+i+"次創建");
   }
   
   public String getName() {
   	return name;
   }
   
   public void setName(String name) {
   	this.name = name;
   }
   
   public String getSomething() {
   	return something;
   }
   
   public void setSomething(String something) {
   	this.something = something;
   }
   
   @Override
   public void write() {
   	System.out.println(name+" 用於鉛筆  "+something);
   }
}

繼而再創建一個工廠類，用於創建和管理。

class PenFactory {
   private static final Map<String, Penil> map = new HashMap<String, Penil>();

   public static Penil get(String name) {
   	Penil penil = map.get(name);
   	if (penil == null) {
   		penil = new Penil(name);
   		map.put(name, penil);
   	}
   	return penil;
   }
}

最后再來進行調用測試。

public class FlyweightTest {
	public static void main(String[] args) {
		String names[] = { "張三", "李四", "王五", "虛無境" };
		for (int i = 0; i < 8; i++) {
			Penil penil = PenFactory.get(names[i>3?i-4:i]);
			penil.setSomething("畫了一條魚");
			penil.write();
		}
	}
}

輸出結果:

 			張三 第:1次創建
			張三 用於鉛筆  畫了一條魚
			李四 第:1次創建
			李四 用於鉛筆  畫了一條魚
			王五 第:1次創建
			王五 用於鉛筆  畫了一條魚
			虛無境 第:1次創建
			虛無境 用於鉛筆  畫了一條魚
			張三 用於鉛筆  畫了一條魚
			李四 用於鉛筆  畫了一條魚
			王五 用於鉛筆  畫了一條魚
			虛無境 用於鉛筆  畫了一條魚

上述示例中，每個對象都使用了兩次，但是每個對象都只是創建了一次而已，而享元模式核心的目的其實就是復用，只要我們理解了這一點，想必掌握該模式也就不在話下了。

享元模式優點：

極大的減少對象的創建，從而降低了系統的內存，提升了效率。

享元模式缺點：

提高了系統的復雜度，因為需要將狀態進行分離成內部和外部，並且也使外部狀態固有化，使得隨着內部狀態的變化而變化，會造成系統的混亂。

使用場景：

系統有大量相似對象。

注意事項：

需要注意划分外部狀態和內部狀態，否則可能會引起線程安全問題。 這些類必須有一個工廠對象加以控制。

與單例模式比較

雖然它們在某些方面很像，但是實際上卻是不同的東西，單例模式的目的是限制創建多個對象，避免沖突，比如使用數據庫連接池。而享元模式享元模式的目的是共享，避免多次創建耗費資源，比如使用String類。

代理模式

簡介

代理模式於結構型模式，主要是通過一個類代表另一個類的功能。通常，我們創建具有現有對象的對象，以便向外界提供功能接口。

代理模式，如其名，也就是代理作用。 我們生活中也有不少示例，比如典型的代購，土豪專用的支票，Windows 里面的快捷方式，以及spring中的aop 等等。

代理模式主要由這三個角色組成，抽象角色、代理角色和真實角色。

• 抽象角色：通過接口或抽象類聲明真實角色實現的業務方法。
• 代理角色：實現抽象角色，是真實角色的代理，通過真實角色的業務邏輯方法來實現抽象方法，並可以附加自己的操作。
• 真實角色：實現抽象角色，定義真實角色所要實現的業務邏輯，供代理角色調用。

代理模式又分為靜態代理、動態代理。

• 靜態代理是由程序員創建或工具生成代理類的源碼，再編譯代理類。所謂靜態也就是在程序運行前就已經存在代理類的字節碼文件，代理類和委托類的關系在運行前就確定了。
• 動態代理是在實現階段不用關心代理類，而在運行階段才指定哪一個對象。

這里我們依舊用一個簡單的示例來進行說明。
張三和李四是室友，某天，張三在寢室內玩游戲正帶勁，感覺肚子餓了，本想下樓去吃飯的，但是想起李四可能快要回來，於是打電話給李四，讓李四幫自己帶份盒飯。這里的李四就扮演着代理者的作用。

靜態代理

首先我們用靜態代理來實現該功能。

這里實現相對而言較為簡單，依舊是定義一個接口，然后定義一個真實的角色，實現該接口的功能，繼而定義一個代理者，也實現該接口，但是添加該真實角色的對象進行相應的業務邏輯處理。
那么該靜態代理代碼實現如下:

interface Shopping {
	void buyFood();
}

class ExecutePerson implements Shopping {
	private String name;
	public ExecutePerson(String name) {
		this.name = name;
	}

	@Override
	public void buyFood() {
		System.out.println(name + " 買東西");
	}
}

class ProxyPerson implements Shopping {
	private ExecutePerson ep;
	public ProxyPerson(ExecutePerson ep) {
		this.ep = ep;
	}
	@Override
	public void buyFood() {
		ep.buyFood();
	}
}


public class ProxyTest {
	public static void main(String[] args) {	
		String name = "李四";
		Shopping shopping = new ProxyPerson(new ExecutePerson(name));
		shopping.buyFood();
	}
}

輸入結果:

 李四 買東西

在使用靜態代理實現該功能之后，我們發現實現起來很簡單，通過一個代理類就可以在不影響目標對象的前提進行擴展使用。但是我們也發現一個問題，如果我們不確定需要代理某個真實類的時候會比較麻煩，而且在類過多的時候，目標對象與代理對象都要維護，會使系統復雜度提升，維護起來也更加麻煩。
不過這時我們就可以使用動態代理來進行解決。

動態代理

所謂動態代理可以不必強行指定某個真實的角色，只需要在運行時決定就可以了。這里我們可以使用JDK中java.lang.reflect來進行開發。

JDK對動態代理提供了以下支持:

• java.lang.reflect.Proxy 動態生成代理類和對象
• java.lang.reflect.InvocationHandler
  • 可以通過invoke方法實現對真實角色的代理訪問;
  • 每次通過Proxy生成代理類對象時都要指定對象的處理器對象.

那么廢話不在多說，開始進行代碼改造，之前的接口和真實者不需要更改，我們只需要更改代理者就可以了。
更改之后的代碼如下:

class ProxyPerson2 implements InvocationHandler {
 private Shopping shopping;
 private final String methodName = "buyFood";
 public ProxyPerson2(Shopping shopping) {
 	this.shopping = shopping;
 }

 @Override
 public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
 	Object result = null;
 	if (methodName.equals(method.getName())) {
 		result = method.invoke(shopping, args);
 	}
 	return result;
 }
}

測試代碼，注意這里調用和之前不同！
這里通過Proxy類中的newProxyInstance方法會動態生成一個代理類，然后進行調用。其中這三個參數的說明如下:

• ClassLoader: 生成一個類, 這個類也需要加載到方法區中, 因此需要指定ClassLoader來加載該類
• Class[] interfaces: 要實現的接口
• InvocationHandler: 調用處理器

public class ProxyTest {
	public static void main(String[] args) {	
		Shopping shopping2 = (Shopping)Proxy.newProxyInstance(ClassLoader.getSystemClassLoader(), new Class[]{Shopping.class}, new ProxyPerson2(new ExecutePerson(name)));
		shopping2.buyFood();
    }
}

代理模式優點：

1、職責清晰。 2、高擴展性。 3、智能化。

代理模式缺點：

1、由於在客戶端和真實主題之間增加了代理對象，因此有些類型的代理模式可能會造成請求的處理速度變慢。
2、實現代理模式需要額外的工作，有些代理模式的實現非常復雜。

注意事項：

和適配器模式的區別：適配器模式主要改變所考慮對象的接口，而代理模式不能改變所代理類的接口。
和裝飾器模式的區別：裝飾器模式為了增強功能，而代理模式是為了加以控制。

代理模式參考:
http://www.runoob.com/design-pattern/proxy-pattern.html
https://baike.baidu.com/item/代理模式/8374046
https://blog.csdn.net/zjf280441589/article/details/50411737

其它

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