Java設計模式之裝飾模式詳解

2022-07-27 14:02:45

多級快取

在實際開發專案，為了減少資料庫的存取壓力，都會將資料快取到記憶體中

比如：Redis(分散式快取)、EHCHE（JVM內建快取）.

例如在早期中，專案比較小可能不會使用Redis做為快取，使用JVM內建的快取框架，專案比較大的時候開始採用Redis分散式快取框架，這時候需要設計一級與二級快取。

快取機制

1、JVM內建快取：將資料快取在當前的jvm中，缺陷：佔用我們的JVM記憶體，存在記憶體溢位問題，叢集很難保證各個節點之間資料同步問題。

2、分散式快取：Redis，資料可以叢集共用

裝飾模式

不改變原有程式碼的基礎之上，新增附加功能，mybatis、hibernate的二級快取都屬於開發者自己去擴充套件功能。

裝飾模式與代理模式區別

裝飾模式對我們的裝飾物件實現增強，而代理模式及對我們目標物件實現增強。

類圖

Component (抽象構件)

抽象構件它是具體構件和抽象裝飾類的共同父類別，宣告了在具體構件中實現的業務方法。

ConcreteComponent (具體構件 [被裝飾類] )

具體構件ConcreteComponent是最核心、最原始、最基本的介面或抽象類的實現，要裝飾的就是它。

Decorator (抽象裝飾類)

抽象裝飾類也是抽象構件類的子類，用於給具體構件增加職責，但是具體職責在其子類中實現。它維護一個指向抽象構件物件的參照，通過該參照可以呼叫裝飾之前構件物件的方法，並通過其子類擴充套件該方法，以達到裝飾的目的。

ConcreteDecorator ( 具體裝飾類)

具體裝飾類是抽象裝飾類的子類，負責向構件新增新的職責。每一個具體裝飾類都定義了一些新的行為，它可以呼叫在抽象裝飾類中定義的方法，並可以增加新的方法用以擴充物件的行為。

實現裝飾器模式思路：

使用場景

需要擴充套件一個類的功能時
需要動態地給一個物件增加功能，並可以動態地復原時
需要為一批的兄弟類進行改裝或加裝功能時

優缺點

優點

裝飾類和被裝飾類可以獨立發展，而不會相互耦合。它有效地把類的核心職責和裝飾功能分開了
裝飾模式是繼承關係的一一個替代方案。我們看裝飾類Decorator,不管裝飾多少層，返回的物件還是Component,實現的還是is-a的關係。
裝飾模式可以動態地擴充套件一個實現類的功能

缺點

使用裝飾模式進行系統設計時將產生很多小物件，這些物件的區別在於它們之間相互連線的方式有所不同，而不是它們的類或者屬性值有所不同，大量小物件的產生勢必會佔用更多的系統資源，在-定程式上影響程式的效能。
裝飾模式提供了一種比繼承更加靈活機動的解決方案，但同時也意味著比繼承更加易於出錯，排錯也很困難，對於多次裝飾的物件，偵錯時尋找錯誤可能需要逐級排查，較為繁瑣。

實現邏輯

裝飾者類內部含有被裝飾者（組合關係），且被裝飾者與裝飾者都繼承自共同的父類別。這樣可以通過將被裝飾者的子類範例物件傳入-> 裝飾者子類的範例物件中，拓展被裝飾者繼承類即可實現動態的將新功能附加到裝飾者子類範例物件上。在物件功能擴充套件方面，它比繼承更有彈性，裝飾者模式也體現了開閉原則(ocp)。

使用裝飾模式實現二級快取

設計思路

程式碼案例

1、準備兩個工具類（jvm快取和redis快取）

public class JvmMapCacheUtils {
    /**
     * 快取容器
     */
    private static Map<String, String> caches = new ConcurrentHashMap<>();
    public static  <T> T getEntity(String key, Class<T> t) {
        // 快取存放物件的情況
        String json = caches.get(key);
        return JSONObject.parseObject(json, t);
    }
    public static void putEntity(String key, Object o) {
        String json = JSONObject.toJSONString(o);
        caches.put(key, json);
    }
}
@Component
public class RedisUtils {
    private final Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
    /**
     * 存放string型別
     *
     * @param key     key
     * @param data    資料
     */
    public void setString(String key, String data) {
        map.put(key, data);
    }
    /**
     * 根據key查詢string型別
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public String getString(String key) {
        String value = map.get(key);
        return value;
    }
    public <T> T getEntity(String key, Class<T> t) {
        String json = getString(key);
        return JSONObject.parseObject(json, t);
    }
    public void putEntity(String key, Object object) {
        String json = JSONObject.toJSONString(object);
        setString(key, json);
    }
    /**
     * 根據對應的key刪除key
     *
     * @param key
     */
    public void delKey(String key) {
        map.put(key, null);
    }
}

2、編寫快取介面和裝飾者抽象類（抽象構件），抽象類繼承介面

public interface ComponentCache {
    /**
     * 根據key查詢快取資料
     *
     * @param
     * @return
     */
    <T> T getCacheEntity(String key, Class<T> t);
}
public interface AbstractDecorate extends  ComponentCache {
}

3、編寫jvm快取（具體構件）也是一級快取

userMapper.findByUser(1)：這裡查詢資料庫的程式碼就不提供。

@Component
public class JvmComponentCache implements ComponentCache {
    @Autowired
    private UserMapper userMapper;
    /**
     * @param key
     * @param t         返回的資料型別
     * @param joinPoint
     * @return T
     * @Author kaico
     * @Description //TODO
     * @Date 21:02 2022/7/5
     * @Param
     */
    @Override
    public <T> T getCacheEntity(String key, Class<T> t, ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        // 先查詢我們的一級快取（Jvm內建）
        T jvmUser = JvmMapCacheUtils.getEntity(key,t);
        if (jvmUser != null) {
            return (T) jvmUser;
        }
//          查詢我們的db 通過aop直接獲取到我們的目標物件方法
        try {
            Object resultDb = joinPoint.proceed();
            // 資料庫DB有的情況 將該內容快取到當前Jvm中
            JvmMapCacheUtils.putEntity(key, resultDb);
            return (T) resultDb;
        } catch (Throwable throwable) {
            throwable.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
    /**
     * @Author kaico
     * @Description //TODO 直接查詢資料庫查詢資料
     * @Date 8:02 2022/7/6
     */
    @Override
    public <T> T getCacheEntity(String key, Class<T> t ) {
        // 先查詢我們的一級快取（Jvm內建）
        T jvmUser = JvmMapCacheUtils.getEntity(key,t);
        if (jvmUser != null) {
            return (T) jvmUser;
        }
        // 查詢我們的db 通過aop直接獲取到我們的目標物件方法
        UserEntity byUser = userMapper.findByUser(1);
        if(byUser == null){
            return null;
        }
        // 資料庫DB有的情況 將該內容快取到當前Jvm中
        JvmMapCacheUtils.putEntity(key, byUser);
        return (T) byUser;
    }
}

4、編寫redis二級快取（這裡使用繼承的方式）

@Component
public class RedisDecorate extends JvmComponentCache implements AbstractDecorate {
    @Autowired
    private RedisUtils redisUtils;
    @Override
    public <T> T getCacheEntity(String key, Class<T> t, ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        // 查詢我們的二級快取
        // 先查詢二級快取
        T redisUser = redisUtils.getEntity(key, t);
        if (redisUser != null) {
            return (T) redisUser;
        }
        // 如果一級快取存在資料
        T jvmUser = super.getCacheEntity(key, t, joinPoint);
        if (jvmUser == null) {
            return null;
        }
        // 將該快取資料放入到二級快取中
        redisUtils.putEntity(key, jvmUser);
        return (T) jvmUser;
    }
}

5、使用裝飾過後的快取類

@Component
public class KaicoCache {
    @Autowired
    private RedisDecorate redisDecorate;
    public <T> T getCacheEntity(String key, Class<T> t, ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        return redisDecorate.getCacheEntity(key, t, joinPoint);
    }
}

分析Java的jdk中的裝飾器模式

以下是Java I/O流InputStream的部分類圖

通過圖中可以看出：

抽象構件(Component)角色：由InputStream扮演。這是-個抽象類，為各種子型別提供統一的介面。
具體構件(ConcreteComponent)角色：由ByteArrayInputStream、 FilelnputStream、 PipedInputStream、StringBufferlnputStream等類扮演。它們實現了抽象構件角色所規定的介面。
抽象裝飾(Decorator)角色：由FilterInputStream扮演。它實現了InputStream所規定的介面。
具體裝飾(ConcreteDecorator)角色：由幾個類扮演，分別是BufferedInputStream、DatalnputStream以及兩個不常用到的類LineNumberlnputStream、PushbackInputStream。

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