结构型模式-代理&适配器

一、简介

　　结构型模式，描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构。它分为类结构型模式和对象结构型模式，前者采用继承机制来组织接口和类，后者釆用组合或聚合来组合对象。由于组合关系或聚合关系比继承关系耦合度低，满足“合成复用原则”，所以对象结构型模式比类结构型模式具有更大的灵活性。

具体分类：代理模式、适配器模式、桥接模式、装饰者模式、组合模式、外观模式、亨元模式/蝇量模式

二、代理模式

　　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。

结构如下：

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。

静态代理

//抽象主题
public interface SellTickets {
    //售卖火车票
    void sell();
}
public class TrainStation implements SellTickets {
    //具体主题类，实现卖票业务
    public void sell() {
        System.out.println("火车站卖票");
    }
}
public class ProxyPoint implements SellTickets {

    //声明火车站类对象
    private TrainStation trainStation  = new TrainStation();

    //代理类，代理售卖
    public void sell() {
　　　　　//方法增强
        System.out.println("代售点收取一些服务费用");
        trainStation.sell();
    }

}

测试类

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建代理类对象
        ProxyPoint proxyPoint = new ProxyPoint();
        //调用方法进行售票
        proxyPoint.sell();
    }
}

JDK动态代理

public class ProxyFactory {

    //声明目标对象
    private TrainStation station = new TrainStation();

    //获取代理对象的方法
    public SellTickets getProxyObject() {
        //返回代理对象
        /**
         *  ClassLoader loader : 类加载器，用于加载代理类。可以通过目标对象获取类加载器
         *  Class<?>[] interfaces ： 代理类实现的接口的字节码对象
         *  InvocationHandler h ： 代理对象的调用处理程序
         */
        SellTickets proxyObject = (SellTickets) Proxy.newProxyInstance(
                station.getClass().getClassLoader(),
                station.getClass().getInterfaces(),
                new InvocationHandler() {
                    /**
                     *  Object proxy : 代理对象。和proxyObject对象是同一个对象，在invoke方法中基本不用
                     *  Method method ： 对接口中的方法进行封装的method对象
                     *  Object[] args ： 调用方法的实际参数
                     *
                     *  返回值： 方法的返回值。
                     */
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        System.out.println("代售点收取一定的服务费用(jdk动态代理)");
                        //执行目标对象的方法
                        Object obj = method.invoke(station, args);
                        return obj;
                    }
                }
        );
        return proxyObject;
    }
}

测试类

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //获取代理对象
        //1,创建代理工厂对象
        ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
        //2,使用factory对象的方法获取代理对象
        SellTickets proxyObject = factory.getProxyObject();
        //3,调用卖调用的方法
        proxyObject.sell();
        
        System.out.println(proxyObject.getClass());
    }
}

通过阿里巴巴开源的 Java 诊断工具（Arthas【阿尔萨斯】）查看代理类的结构：

package com.sun.proxy;
​
import com.itheima.proxy.dynamic.jdk.SellTickets;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;
​
public final class $Proxy0 extends Proxy implements SellTickets {
    private static Method m1;
    private static Method m2;
    private static Method m3;
    private static Method m0;
​
    public $Proxy0(InvocationHandler invocationHandler) {
        super(invocationHandler);
    }
​
    static {
        try {
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
            m3 = Class.forName("com.itheima.proxy.dynamic.jdk.SellTickets").getMethod("sell", new Class[0]);
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
            return;
        }
        catch (NoSuchMethodException noSuchMethodException) {
            throw new NoSuchMethodError(noSuchMethodException.getMessage());
        }
        catch (ClassNotFoundException classNotFoundException) {
            throw new NoClassDefFoundError(classNotFoundException.getMessage());
        }
    }
​
    public final boolean equals(Object object) {
        try {
            return (Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[]{object});
        }
        catch (Error | RuntimeException throwable) {
            throw throwable;
        }
        catch (Throwable throwable) {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }
​
    public final String toString() {
        try {
            return (String)this.h.invoke(this, m2, null);
        }
        catch (Error | RuntimeException throwable) {
            throw throwable;
        }
        catch (Throwable throwable) {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }
​
    public final int hashCode() {
        try {
            return (Integer)this.h.invoke(this, m0, null);
        }
        catch (Error | RuntimeException throwable) {
            throw throwable;
        }
        catch (Throwable throwable) {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }
​
    public final void sell() {
        try {
            this.h.invoke(this, m3, null);
            return;
        }
        catch (Error | RuntimeException throwable) {
            throw throwable;
        }
        catch (Throwable throwable) {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }
}

从上面的类中，我们可以看到以下几个信息：
代理类（$Proxy0）实现了SellTickets。这也就印证了我们之前说的真实类和代理类实现同样的接口。
代理类（$Proxy0）将我们提供了的匿名内部类对象传递给了父类。

执行流程分析：

1、测试类Client通过代理工厂获取到了动态生成的目标类TrainStation的代理对象$Proxy0

2、根据多态的特性，执行接口SellTickets的sell方法，实际上执行的是代理对象$Proxy0的sell方法，this.h.invoke(this, m3, null)，h是父类Proxy的一个属性，也就是InvocationHandler，在生成的动态代理类中通过构造方法

    public $Proxy0(InvocationHandler invocationHandler) {
        super(invocationHandler);
    }

传给了父类Proxy，并赋值给了属性h

3、执行InvocationHandler的invoke方法，也就是执行我们new的匿名对象的invoke方法

        SellTickets proxyObject = (SellTickets) Proxy.newProxyInstance(
                station.getClass().getClassLoader(),
                station.getClass().getInterfaces(),
                new InvocationHandler() {
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        System.out.println("代售点收取一定的服务费用(jdk动态代理)");
                        //执行目标对象的方法
                        Object obj = method.invoke(station, args);
                        return obj;
                    }
                }
        );

4、在匿名对象中可以添加各种方法，这里只是输出打印了一下一句话，真实情况下我们可能会做各种业务的前置增强

5、执行我们的目标类TrainStation的sell方法，Object obj = method.invoke(station, args)，这里是通过反射执行的。在this.h.invoke(this, m3, null)中传递了参数m3，也就是Method参数，m3是在代理类中通过静态方法反射拿到的

    static {
        try {
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
            m3 = Class.forName("com.itheima.proxy.dynamic.jdk.SellTickets").getMethod("sell", new Class[0]);
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
            return;
        }
        catch (NoSuchMethodException noSuchMethodException) {
            throw new NoSuchMethodError(noSuchMethodException.getMessage());
        }
        catch (ClassNotFoundException classNotFoundException) {
            throw new NoClassDefFoundError(classNotFoundException.getMessage());
        }
    }

拿到了Method对象，就可以执行他的invoke方法，就执行到了目标类TrainStation的sell方法

6、执行完目标类的方法，还可以做一次后置方法增加处理，此处没有做

CGLIB动态代理

　　使用JDK动态代理必须要有接口的存在，因为生成的代理类要先继承Proxy，再实现目标类的接口，如果没有接口的存在，就无法通过多态来实现代理对象的生成与使用。但是如果采用CGLIB动态代理，就不需要目标类存在接口。

引入jar包

<dependency>
    <groupId>cglib</groupId>
    <artifactId>cglib</artifactId>
    <version>2.2.2</version>
</dependency>

使用代理工厂创建代理对象

public class ProxyFactory implements MethodInterceptor {

    //声明火车站对象
    private TrainStation station = new TrainStation();

    public TrainStation getProxyObject() {
        //创建Enhancer对象，类似于JDK代理中的Proxy类
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        //设置父类的字节码对象。指定父类
        enhancer.setSuperclass(TrainStation.class);
        //设置回调函数
        enhancer.setCallback(this);
        //创建代理对象
        TrainStation proxyObject = (TrainStation) enhancer.create();
        return proxyObject;
    }
　　 
    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        System.out.println("代售点收取一定的服务费用(CGLib代理)");
        //要调用目标对象的方法
        Object obj = method.invoke(station, objects);
        return obj;
    }
}

测试

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();
        //调用代理对象中的sell方法卖票
        proxyObject.sell();
    }
}

各种代理模式的比较

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。唯一需要注意的是，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。
在JDK1.6、JDK1.7、JDK1.8逐步对JDK动态代理优化之后，在调用次数较少的情况下，JDK代理效率高于CGLib代理效率，只有当进行大量调用的时候，JDK1.6和JDK1.7比CGLib代理效率低一点，但是到JDK1.8的时候，JDK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）。这样，在接口方法数量比较多的时候，我们可以进行灵活处理，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。

代理模式优缺点

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

　　动态代理如果在程序运行期间生成大量的字节码或者class文件，还是会影响一点系统的稳定

三、适配器模式

定义：将一个类的接口转换成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，且要求程序员了解现有组件库中的相关组件的内部结构，所以应用相对较少些。

类适配器

实现方式：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。

举个栗子：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。

结构：

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。

适配者

//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();
    }
}

目标

//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);
    }
}

适配器

//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

//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));
    }
}

这个就是类适配器模式，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。

对象适配器

实现方式：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。

结构如下：

 

修改适配器实现

//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

//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));
    }
}

除此之外，还有一种适配器模式是接口适配器模式。当不希望实现一个接口中所有的方法时，可以创建一个抽象类Adapter ，实现所有方法，而此时我们只需要继承该抽象类即可。

public abstract class SDCardAdapter implements SDCard{

    //从SD卡中读取数据
    public String readSD(){
        return "sd read";
    }

    //往SD卡中写数据
    public abstract void writeSD(String msg);
}

public class SDCardImpl extends SDCardAdapter {

    public void writeSD(String msg) {
        System.out.println("SDCard write msg ：" + msg);
    }

}

详细的教学请移步：https://www.bilibili.com/video/BV1Np4y1z7BU