CH18-设计模式

简单工厂

实现方式

BeanFactory。Spring中的BeanFactory就是简单工厂模式的体现，根据传入一个唯一的标识来获得Bean对象，但是否是在传入参数后创建还是传入参数前创建这个要根据具体情况来定。

实质

由一个工厂类根据传入的参数，动态决定应该创建哪一个产品类。

实现原理

bean容器的启动阶段：
- 读取bean的xml配置文件，将bean元素分别转换成一个BeanDefinition对象。
- 然后通过BeanDefinitionRegistry将这些bean注册到beanFactory中，保存在它的一个ConcurrentHashMap中。
- 将BeanDefinition注册到了beanFactory之后，在这里Spring为我们提供了一个扩展的切口，允许我们通过实现接口BeanFactoryPostProcessor 在此处来插入我们定义的代码。典型的例子就是：PropertyPlaceholderConfigurer，我们一般在配置数据库的dataSource时使用到的占位符的值，就是它注入进去的。
容器中bean的实例化阶段，实例化阶段主要是通过反射或者CGLIB对bean进行实例化，在这个阶段Spring又给我们暴露了很多的扩展点：
- 各种的Aware接口，比如 BeanFactoryAware，对于实现了这些Aware接口的bean，在实例化bean时Spring会帮我们注入对应的BeanFactory的实例。
- BeanPostProcessor接口，实现了BeanPostProcessor接口的bean，在实例化bean时Spring会帮我们调用接口中的方法。
- InitializingBean接口，实现了InitializingBean接口的bean，在实例化bean时Spring会帮我们调用接口中的方法。
- DisposableBean接口，实现了BeanPostProcessor接口的bean，在该bean死亡时Spring会帮我们调用接口中的方法。

设计意义

松耦合。可以将原来硬编码的依赖，通过Spring这个beanFactory这个工长来注入依赖，也就是说原来只有依赖方和被依赖方，现在我们引入了第三方——Spring这个beanFactory，由它来解决bean之间的依赖问题，达到了松耦合的效果。
bean的额外处理。通过Spring接口的暴露，在实例化bean的阶段我们可以进行一些额外的处理，这些额外的处理只需要让bean实现对应的接口即可，那么spring就会在bean的生命周期调用我们实现的接口来处理该bean。

工厂方法

实现方式

FactoryBean接口。

实现原理

实现了FactoryBean接口的bean是一类叫做factory的bean。其特点是，spring会在使用getBean()调用获得该bean时，会自动调用该bean的getObject()方法，所以返回的不是factory这个bean，而是这个bean.getOjbect()方法的返回值。

实例

典型的例子有Spring与MyBatis的结合。

我们看上面该bean，因为实现了FactoryBean接口，所以返回的不是SqlSessionFactoryBean的实例，而是它的 SqlSessionFactoryBean.getObject()的返回值。

单例模式

在我们的系统中，有一些对象其实我们只需要一个，比如说：线程池、缓存、对话框、注册表、日志对象、充当打印机、显卡等设备驱动程序的对象。事实上，这一类对象只能有一个实例，如果制造出多个实例就可能会导致一些问题的产生，比如：程序的行为异常、资源使用过量、或者不一致性的结果。

使用单例模式的好处:

对于频繁使用的对象，可以省略创建对象所花费的时间，这对于那些重量级对象而言，是非常可观的一笔系统开销；
由于 new 操作的次数减少，因而对系统内存的使用频率也会降低，这将减轻 GC 压力，缩短 GC 停顿时间。

Spring 中 bean 的默认作用域就是 singleton(单例)的。 除了 singleton 作用域，Spring 中 bean 还有下面几种作用域：

prototype : 每次请求都会创建一个新的 bean 实例。
request : 每一次HTTP请求都会产生一个新的bean，该bean仅在当前HTTP request内有效。
session : 每一次HTTP请求都会产生一个新的 bean，该bean仅在当前 HTTP session 内有效。
global-session：全局session作用域，仅仅在基于portlet的web应用中才有意义，Spring5已经没有了。Portlet是能够生成语义代码(例如：HTML)片段的小型Java Web插件。它们基于portlet容器，可以像servlet一样处理HTTP请求。但是，与 servlet 不同，每个 portlet 都有不同的会话

Spring 实现单例的方式：

xml : <bean id="userService" class="top.snailclimb.UserService" scope="singleton"/>
注解：@Scope(value = "singleton")

Spring 通过 ConcurrentHashMap 实现单例注册表的特殊方式实现单例模式。Spring 实现单例的核心代码如下

// 通过 ConcurrentHashMap（线程安全） 实现单例注册表
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<String, Object>(64);

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
        Assert.notNull(beanName, "'beanName' must not be null");
        synchronized (this.singletonObjects) {
            // 检查缓存中是否存在实例  
            Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null) {
                //...省略了很多代码
                try {
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                }
                //...省略了很多代码
                // 如果实例对象在不存在，我们注册到单例注册表中。
                addSingleton(beanName, singletonObject);
            }
            return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
        }
    }
    //将对象添加到单例注册表
    protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
            synchronized (this.singletonObjects) {
                this.singletonObjects.put(beanName, (singletonObject != null ? singletonObject : NULL_OBJECT));

            }
        }
}

代理模式

代理模式在 AOP 中的应用

AOP(Aspect-Oriented Programming:面向切面编程)能够将那些与业务无关，却为业务模块所共同调用的逻辑或责任（例如事务处理、日志管理、权限控制等）封装起来，便于减少系统的重复代码，降低模块间的耦合度，并有利于未来的可拓展性和可维护性。

Spring AOP 就是基于动态代理的，如果要代理的对象，实现了某个接口，那么Spring AOP会使用JDK Proxy，去创建代理对象，而对于没有实现接口的对象，就无法使用 JDK Proxy 去进行代理了，这时候Spring AOP会使用Cglib ，这时候Spring AOP会使用 Cglib 生成一个被代理对象的子类来作为代理，如下图所示：

当然你也可以使用 AspectJ ,Spring AOP 已经集成了AspectJ ，AspectJ 应该算的上是 Java 生态系统中最完整的 AOP 框架了。

使用 AOP 之后我们可以把一些通用功能抽象出来，在需要用到的地方直接使用即可，这样大大简化了代码量。我们需要增加新功能时也方便，这样也提高了系统扩展性。日志功能、事务管理等等场景都用到了 AOP 。

Spring AOP 和 AspectJ AOP 有什么区别?

Spring AOP 属于运行时增强，而 AspectJ 是编译时增强。 Spring AOP 基于代理(Proxying)，而 AspectJ 基于字节码操作(Bytecode Manipulation)。

Spring AOP 已经集成了 AspectJ ，AspectJ 应该算的上是 Java 生态系统中最完整的 AOP 框架了。AspectJ 相比于 Spring AOP 功能更加强大，但是 Spring AOP 相对来说更简单，

如果我们的切面比较少，那么两者性能差异不大。但是，当切面太多的话，最好选择 AspectJ ，它比Spring AOP 快很多。

模板方法

模板方法模式是一种行为设计模式，它定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤的实现方式。

public abstract class Template {
    //这是我们的模板方法
    public final void TemplateMethod(){
        PrimitiveOperation1();  
        PrimitiveOperation2();
        PrimitiveOperation3();
    }

    protected void  PrimitiveOperation1(){
        //当前类实现
    }
    
    //被子类实现的方法
    protected abstract void PrimitiveOperation2();
    protected abstract void PrimitiveOperation3();

}
public class TemplateImpl extends Template {

    @Override
    public void PrimitiveOperation2() {
        //当前类实现
    }
    
    @Override
    public void PrimitiveOperation3() {
        //当前类实现
    }
}

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Spring 中 jdbcTemplate、hibernateTemplate 等以 Template 结尾的对数据库操作的类，它们就使用到了模板模式。一般情况下，我们都是使用继承的方式来实现模板模式，但是 Spring 并没有使用这种方式，而是使用Callback 模式与模板方法模式配合，既达到了代码复用的效果，同时增加了灵活性。

管擦者模式

观察者模式是一种对象行为型模式。它表示的是一种对象与对象之间具有依赖关系，当一个对象发生改变的时候，这个对象所依赖的对象也会做出反应。Spring 事件驱动模型就是观察者模式很经典的一个应用。Spring 事件驱动模型非常有用，在很多场景都可以解耦我们的代码。比如我们每次添加商品的时候都需要重新更新商品索引，这个时候就可以利用观察者模式来解决这个问题。

Spring 事件驱动模型中的三种角色

事件角色

ApplicationEvent (org.springframework.context包下)充当事件的角色,这是一个抽象类，它继承了java.util.EventObject并实现了 java.io.Serializable接口。

Spring 中默认存在以下事件，他们都是对 ApplicationContextEvent 的实现(继承自ApplicationContextEvent)：

ContextStartedEvent：ApplicationContext 启动后触发的事件;
ContextStoppedEvent：ApplicationContext 停止后触发的事件;
ContextRefreshedEvent：ApplicationContext 初始化或刷新完成后触发的事件;
ContextClosedEvent：ApplicationContext 关闭后触发的事件。

事件监听者角色

ApplicationListener 充当了事件监听者角色，它是一个接口，里面只定义了一个 onApplicationEvent（）方法来处理ApplicationEvent。ApplicationListener接口类源码如下，可以看出接口定义看出接口中的事件只要实现了 ApplicationEvent就可以了。所以，在 Spring中我们只要实现 ApplicationListener 接口实现 onApplicationEvent() 方法即可完成监听事件

package org.springframework.context;
import java.util.EventListener;
@FunctionalInterface
public interface ApplicationListener<E extends ApplicationEvent> extends EventListener {
    void onApplicationEvent(E var1);
}
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事件发布者角色

ApplicationEventPublisher 充当了事件的发布者，它也是一个接口。

@FunctionalInterface
public interface ApplicationEventPublisher {
    default void publishEvent(ApplicationEvent event) {
        this.publishEvent((Object)event);
    }

    void publishEvent(Object var1);
}

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ApplicationEventPublisher 接口的publishEvent（）这个方法在AbstractApplicationContext类中被实现，阅读这个方法的实现，你会发现实际上事件真正是通过ApplicationEventMulticaster来广播出去的。具体内容过多，就不在这里分析了，后面可能会单独写一篇文章提到。

Spring 的事件流程总结

定义一个事件: 实现一个继承自 ApplicationEvent，并且写相应的构造函数；
定义一个事件监听者：实现 ApplicationListener 接口，重写 onApplicationEvent() 方法；
使用事件发布者发布消息: 可以通过 ApplicationEventPublisher 的 publishEvent() 方法发布消息。

Example:

// 定义一个事件,继承自ApplicationEvent并且写相应的构造函数
public class DemoEvent extends ApplicationEvent{
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String message;

    public DemoEvent(Object source,String message){
        super(source);
        this.message = message;
    }

    public String getMessage() {
         return message;
          }

    
// 定义一个事件监听者,实现ApplicationListener接口，重写 onApplicationEvent() 方法；
@Component
public class DemoListener implements ApplicationListener<DemoEvent>{

    //使用onApplicationEvent接收消息
    @Override
    public void onApplicationEvent(DemoEvent event) {
        String msg = event.getMessage();
        System.out.println("接收到的信息是："+msg);
    }

}
// 发布事件，可以通过ApplicationEventPublisher  的 publishEvent() 方法发布消息。
@Component
public class DemoPublisher {

    @Autowired
    ApplicationContext applicationContext;

    public void publish(String message){
        //发布事件
        applicationContext.publishEvent(new DemoEvent(this, message));
    }
}

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当调用 DemoPublisher 的 publish() 方法的时候，比如 demoPublisher.publish("你好") ，控制台就会打印出:接收到的信息是：你好 。

适配器模式

适配器模式(Adapter Pattern) 将一个接口转换成客户希望的另一个接口，适配器模式使接口不兼容的那些类可以一起工作，其别名为包装器(Wrapper)。

spring AOP中的适配器模式

我们知道 Spring AOP 的实现是基于代理模式，但是 Spring AOP 的增强或通知(Advice)使用到了适配器模式，与之相关的接口是AdvisorAdapter 。Advice 常用的类型有：BeforeAdvice（目标方法调用前,前置通知）、AfterAdvice（目标方法调用后,后置通知）、AfterReturningAdvice(目标方法执行结束后，return之前)等等。每个类型Advice（通知）都有对应的拦截器:MethodBeforeAdviceInterceptor、AfterReturningAdviceAdapter、AfterReturningAdviceInterceptor。Spring预定义的通知要通过对应的适配器，适配成 MethodInterceptor接口(方法拦截器)类型的对象（如：MethodBeforeAdviceInterceptor 负责适配 MethodBeforeAdvice）。

spring MVC中的适配器模式

在Spring MVC中，DispatcherServlet 根据请求信息调用 HandlerMapping，解析请求对应的 Handler。解析到对应的 Handler（也就是我们平常说的 Controller 控制器）后，开始由HandlerAdapter 适配器处理。HandlerAdapter 作为期望接口，具体的适配器实现类用于对目标类进行适配，Controller 作为需要适配的类。

为什么要在 Spring MVC 中使用适配器模式？ Spring MVC 中的 Controller 种类众多，不同类型的 Controller通过不同的方法来对请求进行处理。如果不利用适配器模式的话，DispatcherServlet 直接获取对应类型的 Controller，需要的自行来判断，像下面这段代码一样：

if(mappedHandler.getHandler() instanceof MultiActionController){  
   ((MultiActionController)mappedHandler.getHandler()).xxx  
}else if(mappedHandler.getHandler() instanceof XXX){  
    ...  
}else if(...){  
   ...  
}  
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假如我们再增加一个 Controller类型就要在上面代码中再加入一行判断语句，这种形式就使得程序难以维护，也违反了设计模式中的开闭原则 – 对扩展开放，对修改关闭。

装饰者模式

装饰者模式可以动态地给对象添加一些额外的属性或行为。相比于使用继承，装饰者模式更加灵活。简单点儿说就是当我们需要修改原有的功能，但我们又不愿直接去修改原有的代码时，设计一个Decorator套在原有代码外面。其实在 JDK 中就有很多地方用到了装饰者模式，比如 InputStream家族，InputStream 类下有 FileInputStream (读取文件)、BufferedInputStream (增加缓存,使读取文件速度大大提升)等子类都在不修改InputStream 代码的情况下扩展了它的功能。

Spring 中配置 DataSource 的时候，DataSource 可能是不同的数据库和数据源。我们能否根据客户的需求在少修改原有类的代码下动态切换不同的数据源？这个时候就要用到装饰者模式(这一点我自己还没太理解具体原理)。Spring 中用到的包装器模式在类名上含有 Wrapper或者 Decorator。这些类基本上都是动态地给一个对象添加一些额外的职责

策略模式

实现方式：Spring框架的资源访问Resource接口。该接口提供了更强的资源访问能力，Spring框架本身大量使用了Resource接口来访问底层资源。

Resource接口介绍

source接口是具体资源访问策略的抽象，也是所有资源访问类所实现的接口。

Resource接口主要提供了如下几个方法：

getInputStream()：定位并打开资源，返回资源对应的输入流。每次调用都返回新的输入流。调用者必须负责关闭输入流。
exists()：返回Resource所指向的资源是否存在。
isOpen()：返回资源文件是否打开，如果资源文件不能多次读取，每次读取结束应该显式关闭，以防止资源泄漏。
getDescription()：返回资源的描述信息，通常用于资源处理出错时输出该信息，通常是全限定文件名或实际URL。
getFile：返回资源对应的File对象。
getURL：返回资源对应的URL对象。

最后两个方法通常无须使用，仅在通过简单方式访问无法实现时，Resource提供传统的资源访问的功能。

Resource接口本身没有提供访问任何底层资源的实现逻辑，针对不同的底层资源，Spring将会提供不同的Resource实现类，不同的实现类负责不同的资源访问逻辑。

Spring为Resource接口提供了如下实现类：

UrlResource：访问网络资源的实现类。
ClassPathResource：访问类加载路径里资源的实现类。
FileSystemResource：访问文件系统里资源的实现类。
ServletContextResource：访问相对于ServletContext路径里的资源的实现类.
InputStreamResource：访问输入流资源的实现类。
ByteArrayResource：访问字节数组资源的实现类。

这些Resource实现类，针对不同的的底层资源，提供了相应的资源访问逻辑，并提供便捷的包装，以利于客户端程序的资源访问。

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