Java设计模式之装饰模式详解

多级缓存

在实际开发项目,为了减少数据库的访问压力,都会将数据缓存到内存中

比如:Redis(分布式缓存)、EHCHE(JVM内置缓存).

例如在早期中,项目比较小可能不会使用Redis做为缓存,使用JVM内置的缓存框架,项目比较大的时候开始采用Redis分布式缓存框架,这时候需要设计一级与二级缓存。

Java设计模式之装饰模式详解_第1张图片

缓存机制

1、JVM内置缓存:将数据缓存在当前的jvm中,缺陷:占用我们的JVM内存,存在内存溢出问题,集群很难保证各个节点之间数据同步问题。

2、分布式缓存:Redis,数据可以集群共享

装饰模式

不改变原有代码的基础之上,新增附加功能 ,mybatis、hibernate的二级缓存都属于开发者自己去扩展功能。

装饰模式与代理模式区别

装饰模式对我们的装饰对象实现增强,而代理模式及对我们目标对象实现增强。

类图

Java设计模式之装饰模式详解_第2张图片

  • Component (抽象构件)

抽象构件它是具体构件和抽象装饰类的共同父类,声明了在具体构件中实现的业务方法。

  • ConcreteComponent (具体构件 [被装饰类] )

具体构件ConcreteComponent是最核心、最原始、最基本的接口或抽象类的实现,要装饰的就是它。

  • Decorator (抽象装饰类)

抽象装饰类也是抽象构件类的子类,用于给具体构件增加职责,但是具体职责在其子类中实现。它维护一个指向抽象构件对象的引用,通过该引用可以调用装饰之前构件对象的方法,并通过其子类扩展该方法,以达到装饰的目的。

  • ConcreteDecorator ( 具体装饰类)

具体装饰类是抽象装饰类的子类,负责向构件添加新的职责。每一个具体装饰类都定义了一些新的行为,它可以调用在抽象装饰类中定义的方法,并可以增加新的方法用以扩充对象的行为。

实现装饰器模式思路:

Java设计模式之装饰模式详解_第3张图片

使用场景

  • 需要扩展一个类的功能时
  • 需要动态地给一个对象增加功能,并可以动态地撤销时
  • 需要为一批的兄弟类进行改装或加装功能时

优缺点

优点

  • 装饰类和被装饰类可以独立发展,而不会相互耦合。它有效地把类的核心职责和装饰功能分开了
  • 装饰模式是继承关系的一一个替代方案。我们看装饰类Decorator,不管装饰多少层,返回的对象还是Component,实现的还是is-a的关系。
  • 装饰模式可以动态地扩展一个实现类的功能

缺点

  • 使用装饰模式进行系统设计时将产生很多小对象,这些对象的区别在于它们之间相互连接的方式有所不同,而不是它们的类或者属性值有所不同,大量小对象的产生势必会占用更多的系统资源,在-定程序上影响程序的性能。
  • 装饰模式提供了一种比继承更加灵活机动的解决方案,但同时也意味着比继承更加易于出错,排错也很困难,对于多次装饰的对象,调试时寻找错误可能需要逐级排查,较为繁琐。

实现逻辑

装饰者类内部含有被装饰者(组合关系),且被装饰者与装饰者都继承自共同的父类。这样可以通过将被装饰者的子类实例对象 传入-> 装饰者子类的实例对象中,拓展被装饰者继承类即可实现动态的将新功能 附加到装饰者子类实例对象上。在对象功能扩展方面,它比继承更有弹性,装饰者模式也体现了开闭原则(ocp)。

使用装饰模式实现二级缓存

设计思路

Java设计模式之装饰模式详解_第4张图片

代码案例

1、准备两个工具类(jvm缓存和redis缓存)

public class JvmMapCacheUtils {
    /**
     * 缓存容器
     */
    private static Map caches = new ConcurrentHashMap<>();
    public static   T getEntity(String key, Class t) {
        // 缓存存放对象的情况
        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 map = new ConcurrentHashMap<>();
    /**
     * 存放string类型
     *
     * @param key     key
     * @param data    数据
     */
    public void setString(String key, String data) {
        map.put(key, data);
    }
    /**
     * 根据key查询string类型
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public String getString(String key) {
        String value = map.get(key);
        return value;
    }
    public  T getEntity(String key, Class 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);
    }
    /**
     * 根据对应的key删除key
     *
     * @param key
     */
    public void delKey(String key) {
        map.put(key, null);
    }
}

2、编写缓存接口和装饰者抽象类(抽象构件),抽象类继承接口

public interface ComponentCache {
    /**
     * 根据key查询缓存数据
     *
     * @param
     * @return
     */
     T getCacheEntity(String key, Class t);
}
public interface AbstractDecorate extends  ComponentCache {
}

3、编写jvm缓存(具体构件)也是一级缓存

userMapper.findByUser(1):这里查询数据库的代码就不提供。

@Component
public class JvmComponentCache implements ComponentCache {
    @Autowired
    private UserMapper userMapper;
    /**
     * @param key
     * @param t         返回的数据类型
     * @param joinPoint
     * @return T
     * @Author kaico
     * @Description //TODO
     * @Date 21:02 2022/7/5
     * @Param
     */
    @Override
    public  T getCacheEntity(String key, Class t, ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        // 先查询我们的一级缓存(Jvm内置)
        T jvmUser = JvmMapCacheUtils.getEntity(key,t);
        if (jvmUser != null) {
            return (T) jvmUser;
        }
//          查询我们的db 通过aop直接获取到我们的目标对象方法
        try {
            Object resultDb = joinPoint.proceed();
            // 数据库DB有的情况 将该内容缓存到当前Jvm中
            JvmMapCacheUtils.putEntity(key, resultDb);
            return (T) resultDb;
        } catch (Throwable throwable) {
            throwable.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
    /**
     * @Author kaico
     * @Description //TODO 直接查询数据库查询数据
     * @Date 8:02 2022/7/6
     */
    @Override
    public  T getCacheEntity(String key, Class t ) {
        // 先查询我们的一级缓存(Jvm内置)
        T jvmUser = JvmMapCacheUtils.getEntity(key,t);
        if (jvmUser != null) {
            return (T) jvmUser;
        }
        // 查询我们的db 通过aop直接获取到我们的目标对象方法
        UserEntity byUser = userMapper.findByUser(1);
        if(byUser == null){
            return null;
        }
        // 数据库DB有的情况 将该内容缓存到当前Jvm中
        JvmMapCacheUtils.putEntity(key, byUser);
        return (T) byUser;
    }
}

4、编写redis二级缓存(这里使用继承的方式)

@Component
public class RedisDecorate extends JvmComponentCache implements AbstractDecorate {
    @Autowired
    private RedisUtils redisUtils;
    @Override
    public  T getCacheEntity(String key, Class t, ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        // 查询我们的二级缓存
        // 先查询二级缓存
        T redisUser = redisUtils.getEntity(key, t);
        if (redisUser != null) {
            return (T) redisUser;
        }
        // 如果一级缓存存在数据
        T jvmUser = super.getCacheEntity(key, t, joinPoint);
        if (jvmUser == null) {
            return null;
        }
        // 将该缓存数据放入到二级缓存中
        redisUtils.putEntity(key, jvmUser);
        return (T) jvmUser;
    }
}

5、使用装饰过后的缓存类

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

分析Java的jdk中的装饰器模式

以下是Java I/O流InputStream的部分类图

Java设计模式之装饰模式详解_第5张图片

通过图中可以看出:

  • 抽象构件(Component)角色:由InputStream扮演。这是-个抽象类,为各种子类型提供统一的接口。
  • 具体构件(ConcreteComponent)角色:由ByteArrayInputStream、 FilelnputStream、 PipedInputStream、StringBufferlnputStream等类扮演。它们实现了抽象构件角色所规定的接口。
  • 抽象装饰(Decorator)角色:由FilterInputStream扮演。它实现了InputStream所规定的接口。
  • 具体装饰(ConcreteDecorator)角色:由几个类扮演,分别是BufferedInputStream、DatalnputStream以及 两个不常用到的类LineNumberlnputStream、PushbackInputStream。

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