Java设计模式之七 ----- 享元模式和代理模式

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前言

在上一篇中我们学习了结构型模式的组合模式和过滤器模式。本篇则来学习下结构型模式最后的两个模式， 享元模式和代理模式。

享元模式

简介

享元模式主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。这种类型的设计模式属于结构型模式，它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。

用通俗的话来说就是进行共用。生活中也有一些例子，比如之前很火的共享单车，更早之前的图书馆，编程中经常用的String类，数据库连接池等等。当然，享元模式主要的目的是复用，如果该对象没有的话，就会进行创建。

享元模式的角色主要分为三大类，抽象享元类、具体享元类以及享元工厂类。

抽象享元类：所有具体享元类的超类或者接口，通过这个接口，可以接受并作用于外部专题。
具体享元类：实现抽象享元类接口的功能并增加存储空间。
享元工厂类：用来创建并管理抽象享元类对象，它主要用来确保合理地共享。每当接受到一个请求时，便会提供一个已经创建的抽象享元类对象或者新建一个。享元模式的核心在于享元工厂类，享元工厂类的作用在于提供一个用于存储享元对象的享元池，用户需要对象时，首先从享元池中获取，如果享元池中不存在，则创建一个新的享元对象返回给用户，并在享元池中保存该新增对象。

其它的就不再多说，这里依旧使用一个简单的示例来加以说明。
在我们以前读书的时候，经常会用到笔，其中铅笔又是最早接触的，我们最开始使用铅笔可能不是写字，而是进行画画。这里我们可以把笔当作一个抽象享元类，铅笔当作一个具体享元类，然后再创建一个享元工厂类，用于创建和管理，最后再由调用者决定用铅笔进行干嘛。

首先，我们创建一个接口。

interface Pen { void write(); }

然后再创建一个享元工厂类，指定需要内部需要做的事情。

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+"次创建"); } 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+" 用铅笔 "+something); } }

继而再创建一个工厂类，用于创建和管理。

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; } }

最后再来进行调用测试。

public class FlyweightTest { public static void main(String[] args) { String names[] = { "张三", "李四", "王五", "虚无境" }; for (int i = 0; i < 8; i++) { Penil penil = PenFactory.get(names[i>3?i-4:i]); penil.setSomething("画了一条鱼"); penil.write(); } } }

输出结果:

张三第:1次创建张三用铅笔画了一条鱼李四第:1次创建李四用铅笔画了一条鱼王五第:1次创建王五用铅笔画了一条鱼虚无境第:1次创建虚无境用铅笔画了一条鱼张三用铅笔画了一条鱼李四用铅笔画了一条鱼王五用铅笔画了一条鱼虚无境用铅笔画了一条鱼

上述示例中，每个对象都使用了两次，但是每个对象都只是创建了一次而已，而享元模式核心的目的其实就是复用，只要我们理解了这一点，想必掌握该模式也就不在话下了。

享元模式优点：

极大的减少对象的创建，从而降低了系统的内存，提升了效率。

享元模式缺点：

提高了系统的复杂度，因为需要将状态进行分离成内部和外部，并且也使外部状态固有化，使得随着内部状态的变化而变化，会造成系统的混乱。

使用场景：

系统有大量相似对象。

注意事项：

需要注意划分外部状态和内部状态，否则可能会引起线程安全问题。这些类必须有一个工厂对象加以控制。

与单例模式比较

虽然它们在某些方面很像，但是实际上却是不同的东西，单例模式的目的是限制创建多个对象，避免冲突，比如使用数据库连接池。而享元模式享元模式的目的是共享，避免多次创建耗费资源，比如使用String类。

代理模式

简介

代理模式于结构型模式，主要是通过一个类代表另一个类的功能。通常，我们创建具有现有对象的对象，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。我们生活中也有不少示例，比如典型的代购，土豪专用的支票，Windows 里面的快捷方式，以及spring中的aop 等等。

代理模式主要由这三个角色组成，抽象角色、代理角色和真实角色。

抽象角色：通过接口或抽象类声明真实角色实现的业务方法。
代理角色：实现抽象角色，是真实角色的代理，通过真实角色的业务逻辑方法来实现抽象方法，并可以附加自己的操作。
真实角色：实现抽象角色，定义真实角色所要实现的业务逻辑，供代理角色调用。

代理模式又分为静态代理、动态代理。

静态代理是由程序员创建或工具生成代理类的源码，再编译代理类。所谓静态也就是在程序运行前就已经存在代理类的字节码文件，代理类和委托类的关系在运行前就确定了。
动态代理是在实现阶段不用关心代理类，而在运行阶段才指定哪一个对象。

这里我们依旧用一个简单的示例来进行说明。
张三和李四是室友，某天，张三在寝室内玩游戏正带劲，感觉肚子饿了，本想下楼去吃饭的，但是想起李四可能快要回来，于是打电话给李四，让李四帮自己带份盒饭。这里的李四就扮演着代理者的作用。

静态代理

首先我们用静态代理来实现该功能。

这里实现相对而言较为简单，依旧是定义一个接口，然后定义一个真实的角色，实现该接口的功能，继而定义一个代理者，也实现该接口，但是添加该真实角色的对象进行相应的业务逻辑处理。
那么该静态代理代码实现如下:

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 + " 买东西"); } }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(); } }

输入结果:

李四买东西

在使用静态代理实现该功能之后，我们发现实现起来很简单，通过一个代理类就可以在不影响目标对象的前提进行扩展使用。但是我们也发现一个问题，如果我们不确定需要代理某个真实类的时候会比较麻烦，而且在类过多的时候，目标对象与代理对象都要维护，会使系统复杂度提升，维护起来也更加麻烦。
不过这时我们就可以使用动态代理来进行解决。

动态代理

所谓动态代理可以不必强行指定某个真实的角色，只需要在运行时决定就可以了。这里我们可以使用JDK中java.lang.reflect来进行开发。

JDK对动态代理提供了以下支持:

java.lang.reflect.Proxy 动态生成代理类和对象
java.lang.reflect.InvocationHandler
- 可以通过invoke方法实现对真实角色的代理访问;
- 每次通过Proxy生成代理类对象时都要指定对象的处理器对象.

那么废话不在多说，开始进行代码改造，之前的接口和真实者不需要更改，我们只需要更改代理者就可以了。
更改之后的代码如下:

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; } }

测试代码，注意这里调用和之前不同！
这里通过Proxy类中的newProxyInstance方法会动态生成一个代理类，然后进行调用。其中这三个参数的说明如下:

ClassLoader: 生成一个类, 这个类也需要加载到方法区中, 因此需要指定ClassLoader来加载该类
Class[] interfaces: 要实现的接口
InvocationHandler: 调用处理器

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(); } }

代理模式优点：