概述

设计模式是针对软件开发中经常遇到的一些设计问题，总结出来的一套解决方案或者设计思路。

大部分设计模式要解决的都是代码的可扩展性问题。

对于灵活多变的业务，需要用到设计模式，提升扩展性和可维护性，让代码能适应更多的变化;

设计模式的核心就是，封装变化，隔离可变性

设计模式解决的问题:

创建型设计模式主要解决"对象的创建"问题，创建和使用代码解耦;
结构型设计模式主要解决"类或对象的组合或组装"问题，将不同功能代码解耦;
行为型设计模式主要解决的就是"类或对象之间的交互"问题。将不同的行为代码解耦，具体到观察者模式，它是将观察者和被观察者代码解耦。

设计模式关注重点: 了解它们都能解决哪些问题，掌握典型的应用场景，并且懂得不过度应用。

经典的设计模式有 23 种。随着编程语言的演进，一些设计模式（比如 Singleton）也随之过时，甚至成了反模式，一些则被内置在编程语言中（比如 Iterator），另外还有一些新的模式诞生（比如 Monostate）。

创建型模式主要解决类或对象的组合或组装问题，是从程序的结构上实现松耦合，从而可以扩大整体的类结构，用来解决更大的问题。

结构型设计模式是一组用于解决对象和类之间的组织关系、复杂性和交互问题的设计模式。它们主要关注如何通过类和对象的组合来形成更大的结构，并提供了灵活的方式来实现系统的组件之间的通信和协作。结构型设计模式主要解决以下问题：

对象之间的接口和实现分离：结构型设计模式可以帮助将抽象与实现分离，使得对象之间的接口更加清晰和可扩展。例如，适配器模式可以将不兼容的接口转换为统一的接口，使得不同类之间的交互更加简单。
类之间的关系管理：结构型设计模式提供了一种有效的方式来管理类之间的关系，以确保系统的灵活性和可维护性。例如，装饰器模式允许在运行时动态地为对象添加功能，而不必修改原始类的结构。
对象的组合和组件化：结构型设计模式通过对象的组合和组件化，能够更好地处理系统中的复杂性。例如，组合模式允许将对象组织成树状结构，形成部分-整体的层次结构，以便更容易地处理对象集合。
对象的访问和控制：结构型设计模式提供了一些机制来控制对象的访问和可见性，以及限制对象之间的依赖关系。例如，外观模式可以封装一组复杂子系统的接口，提供简化的接口给客户端使用。
类和对象的灵活性：结构型设计模式通过将类和对象组合起来，提供了更大的灵活性和可扩展性。例如，桥接模式可以将抽象与实现解耦，使得它们可以独立地变化和演化。

结构型设计模式主要关注对象和类之间的组织关系、复杂性和交互问题。它们通过提供灵活的方式来管理对象之间的接口、关系和行为，帮助我们构建更健壮、灵活和可扩展的软件系统。

代理模式：为真实对象提供一个代理，从而控制对真实对象的访问。
适配模式：使原本由于接口不兼容不能一起工作的类可以一起工作。
桥接模式：处理多层继承结构，处理多维度变化的场景，将各个维度设计成独立的继承结构，使各个维度可以独立的扩展在抽象层建立关联。
组合模式：将对象组合成树状结构以表示"部分和整体"层次结构，使得客户可以统一的调用叶子对象和容器对象。
装饰模式：动态地给一个对象添加额外的功能，比继承灵活。
外观模式：为子系统提供统一的调用接口，使得子系统更加容易使用。
享元模式：运用共享技术有效的实现管理大量细粒度对象，节省内存，提高效率。

结构型

常用的有：代理模式、桥接模式、装饰者模式、适配器模式。

不常用的有：门面模式、组合模式、享元模式。

代理模式是解耦功能和非功能代码的类组合，代理类和被代理类实现或继承共同的父类；

桥接模式是从不同的纬度独立发展有各自不同的父类抽象，他们可以相互组合实现复杂关系的实现；

装饰器是对功能的增强，装饰器类和原始类有这共同的父类；

实际上，符合"组合关系"这种代码结构的设计模式有很多，比如之前讲过的代理模式、桥接模式，还有现在的装饰器模式。尽管它们的代码结构很相似，但是每种设计模式的意图是不同的。就拿比较相似的代理模式和装饰器模式来说吧，代理模式中，代理类附加的是跟原始类无关的功能，而在装饰器模式中，装饰器类附加的是跟原始类相关的增强功能。

代理、桥接、装饰器、适配器 4 种设计模式的区别：

代理、桥接、装饰器、适配器，这 4 种模式是比较常用的结构型设计模式。它们的代码结构非常相似。笼统来说，它们都可以称为 Wrapper 模式，也就是通过 Wrapper 类二次封装原始类。

尽管代码结构相似，但这 4 种设计模式的用意完全不同，也就是说要解决的问题、应用场景不同，这也是它们的主要区别。这里我就简单说一下它们之间的区别。

代理模式：

代理模式在不改变原始类接口的条件下，为原始类定义一个代理类，主要目的是控制访问，而非加强功能，这是它跟装饰器模式最大的不同。
桥接模式：

桥接模式的目的是将接口部分和实现部分分离，从而让它们可以较为容易、也相对独立地加以改变。
装饰器模式：

装饰者模式在不改变原始类接口的情况下，对原始类功能进行增强，并且支持多个装饰器的嵌套使用。
适配器模式：

适配器模式是一种事后的补救策略。适配器提供跟原始类不同的接口，而代理模式、装饰器模式提供的都是跟原始类相同的接口。

适配器是做接口转换，解决的是原接口和目标接口不匹配的问题。

门面模式做接口整合，解决的是多接口调用带来的问题。

结构型设计模式核心就是代码的组合来达到最大的扩展，不同模式根据解决问题不同，实现方式不同叫不同名字，归根结底都是在一个类中注入另一个类进行组合

代理模式：代理在RPC、缓存、监控等场景中的应用

代理模式是一种设计模式，提供了对目标对象额外的访问方式，即通过代理对象访问目标对象，这样可以在不修改原目标对象的前提下，提供额外的功能操作，扩展目标对象的功能

spring AOP的原理是使用JDK动态代理和cglib动态代理技术来实现的，一般我们用spring AOP

代理模式。它在不改变原始类（或者叫被代理类）代码的情况下，通过引入代理类来给原始类附加功能。代理模式在平时的开发经常被用到，常用在业务系统中开发一些非功能性需求，比如：监控、统计、鉴权、限流、事务、幂等、日志。把被代理对象放到代理对象中去执行

定义：

在不改变原始类（或叫被代理类）代码的情况下，通过引入代理类来给原始类附加功能。

将框架代码和业务代码解耦；

应用场景：

基于 Spring 框架来开发的话，那就可以在 AOP 切面来使用动态代理；

代理模式常用在业务系统中开发一些非功能性需求，比如：监控、统计、鉴权、限流、事务、幂等、日志。我们将这些附加功能与业务功能解耦，放到代理类统一处理，让程序员只需要关注业务方面的开发。除此之外，代理模式还可以用在 RPC、缓存等应用场景中。

业务系统的非功能性需求开发
在业务系统中开发一些非功能性需求，比如：监控、统计、鉴权、限流、事务、幂等、日志。
代理模式在 RPC、缓存中的应用
通过远程代理，将网络通信、数据编解码等细节隐藏起来。客户端在使用 RPC 服务的时候，就像使用本地函数一样，无需了解跟服务器交互的细节。除此之外，RPC 服务的开发者也只需要开发业务逻辑，就像开发本地使用的函数一样，不需要关注跟客户端的交互细节。
如果是基于 Spring 框架来开发的话，那就可以在 AOP 切面中完成接口缓存的功能。在应用启动的时候，我们从配置文件中加载需要支持缓存的接口，以及相应的缓存策略（比如过期时间）等。当请求到来的时候，我们在 AOP 切面中拦截请求，如果请求中带有支持缓存的字段（比如 http://...?..&cached=true），我们便从缓存（内存缓存或者 Redis 缓存等）中获取数据直接返回。

分类：

静态代理：在编译时就已经实现，编译完成后代理类是一个实际的class文件

动态代理：在运行时动态生成的，即编译完成后没有实际的class文件，而是在运行时动态生成类字节码，并加载到JVM中

静态代理

使用方式

创建一个接口，然后创建被代理的类实现该接口并且实现该接口中的抽象方法。之后再创建一个代理类，同时使其也实现这个接口。在代理类中持有一个被代理对象的引用，而后在代理类方法中调用该对象的方法。

java 复制代码

public interface UserDao {    
  void save();     
}
public class UserDaoImpl implements UserDao {
    @Override
    public void save() {
        System.out.println("正在保存用户...");
    }
}
public class TransactionHandler implements UserDao {
    //目标代理对象
    private UserDao target;
    //构造代理对象时传入目标对象
    public TransactionHandler(UserDao target) {
        this.target = target;
    }
    @Override
    public void save() {
        //调用目标方法前的处理
        System.out.println("开启事务控制...");
        //调用目标对象的方法
        target.save();
        //调用目标方法后的处理
        System.out.println("关闭事务控制...");
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //新建目标对象
        UserDaoImpl target = new UserDaoImpl();
        //创建代理对象, 并使用接口对其进行引用
        UserDao userDao = new TransactionHandler(target);
        //针对接口进行调用
        userDao.save();
    }
}

使用JDK静态代理很容易就完成了对一个类的代理操作。但是JDK静态代理的缺点也暴露了出来：由于代理只能为一个类服务，如果需要代理的类很多，那么就需要编写大量的代理类，比较繁琐

JDK动态代理

使用JDK动态代理的五大步骤：

1通过实现InvocationHandler接口来自定义自己的InvocationHandler；

2通过Proxy.getProxyClass获得动态代理类；

3通过反射机制获得代理类的构造方法，方法签名为getConstructor(InvocationHandler.class)；

4通过构造函数获得代理对象并将自定义的InvocationHandler实例对象传为参数传入；

5通过代理对象调用目标方法；

java 复制代码

public interface IHello {
    void sayHello();
}
 public class HelloImpl implements IHello {
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello world!");
    }
}
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
 
public class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
 
    /** 目标对象 */
    private Object target;
 
    public MyInvocationHandler(Object target){
        this.target = target;
    }
 
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("------插入前置通知代码-------------");
        // 执行相应的目标方法
        Object rs = method.invoke(target,args);
        System.out.println("------插入后置处理代码-------------");
        return rs;
    }
}
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Proxy;

public class MyProxyTest {
    public static void main(String[] args)
            throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException {
        // =========================第一种==========================
        // 1、生成$Proxy0的class文件
        System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
        // 2、获取动态代理类
        Class proxyClazz = Proxy.getProxyClass(IHello.class.getClassLoader(),IHello.class);
        // 3、获得代理类的构造函数，并传入参数类型InvocationHandler.class
        Constructor constructor = proxyClazz.getConstructor(InvocationHandler.class);
        // 4、通过构造函数来创建动态代理对象，将自定义的InvocationHandler实例传入
        IHello iHello1 = (IHello) constructor.newInstance(new MyInvocationHandler(new HelloImpl()));
        // 5、通过代理对象调用目标方法
        iHello1.sayHello();
 
        // ==========================第二种=============================
        /**
         * Proxy类中还有个将2~4步骤封装好的简便方法来创建动态代理对象，
         *其方法签名为：newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] instance, InvocationHandler h)
         */
        IHello  iHello2 = (IHello) Proxy.newProxyInstance(IHello.class.getClassLoader(), // 加载接口的类加载器
                new Class[]{IHello.class}, // 一组接口
                new MyInvocationHandler(new HelloImpl())); // 自定义的InvocationHandler
        iHello2.sayHello();
    }
}

JDK静态代理与JDK动态代理之间有些许相似，比如说都要创建代理类，以及代理类都要实现接口等。
不同之处：

在静态代理中我们需要对哪个接口和哪个被代理类创建代理类，所以我们在编译前就需要代理类实现与被代理类相同的接口，并且直接在实现的方法中调用被代理类相应的方法；
但是动态代理则不同，我们不知道要针对哪个接口、哪个被代理类创建代理类，因为它是在运行时被创建的。

一句话来总结一下JDK静态代理和JDK动态代理的区别：

JDK静态代理是通过直接编码创建的，而JDK动态代理是利用反射机制在运行时创建代理类的。

其实在动态代理中，核心是InvocationHandler。每一个代理的实例都会有一个关联的调用处理程序(InvocationHandler)。对待代理实例进行调用时，将对方法的调用进行编码并指派到它的调用处理器(InvocationHandler)的invoke方法

对代理对象实例方法的调用都是通过InvocationHandler中的invoke方法来完成的，而invoke方法会根据传入的代理对象、方法名称以及参数决定调用代理的哪个方法。

CGLIB

CGLIB包的底层是通过使用一个小而快的字节码处理框架ASM，来转换字节码并生成新的类

CGLIB代理实现如下：

首先实现一个MethodInterceptor，方法调用会被转发到该类的intercept()方法。
然后在需要使用的时候，通过CGLIB动态代理获取代理对象。

使用案例

java 复制代码

 public class HelloService {
 
    public HelloService() {
        System.out.println("HelloService构造");
    }
 
    /**
     * 该方法不能被子类覆盖,Cglib是无法代理final修饰的方法的
     */
    final public String sayOthers(String name) {
        System.out.println("HelloService:sayOthers>>"+name);
        return null;
    }
 
    public void sayHello() {
        System.out.println("HelloService:sayHello");
    }
}
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
 
import java.lang.reflect.Method;
 
/**
 * 自定义MethodInterceptor
 */
public class MyMethodInterceptor implements MethodInterceptor{
 
    /**
     * sub：cglib生成的代理对象
     * method：被代理对象方法
     * objects：方法入参
     * methodProxy: 代理方法
     */
    @Override
    public Object intercept(Object sub, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        System.out.println("======插入前置通知======");
        Object object = methodProxy.invokeSuper(sub, objects);
        System.out.println("======插入后者通知======");
        return object;
    }
}
import net.sf.cglib.core.DebuggingClassWriter;
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
 
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 代理类class文件存入本地磁盘方便我们反编译查看源码
        System.setProperty(DebuggingClassWriter.DEBUG_LOCATION_PROPERTY, "D:\\code");
        // 通过CGLIB动态代理获取代理对象的过程
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        // 设置enhancer对象的父类
        enhancer.setSuperclass(HelloService.class);
        // 设置enhancer的回调对象
        enhancer.setCallback(new MyMethodInterceptor());
        // 创建代理对象
        HelloService proxy= (HelloService)enhancer.create();
        // 通过代理对象调用目标方法
        proxy.sayHello();
    }
}

JDK代理要求被代理的类必须实现接口，有很强的局限性。

而CGLIB动态代理则没有此类强制性要求。简单的说，CGLIB会让生成的代理类继承被代理类，并在代理类中对代理方法进行强化处理(前置处理、后置处理等)。

总结一下CGLIB在进行代理的时候都进行了哪些工作

生成的代理类继承被代理类。在这里我们需要注意一点：如果委托类被final修饰，那么它不可被继承，即不可被代理；同样，如果委托类中存在final修饰的方法，那么该方法也不可被代理
代理类会为委托方法生成两个方法，一个是与委托方法签名相同的方法，它在方法中会通过super调用委托方法；另一个是代理类独有的方法
当执行代理对象的方法时，会首先判断一下是否存在实现了MethodInterceptor接口的CGLIB$CALLBACK_0;，如果存在，则将调用MethodInterceptor中的intercept方法

在intercept方法中，我们除了会调用委托方法，还会进行一些增强操作。在Spring AOP中，典型的应用场景就是在某些敏感方法执行前后进行操作日志记录

在CGLIB中，方法的调用并不是通过反射来完成的，而是直接对方法进行调用：通过FastClass机制对Class对象进行特别的处理，比如将会用数组保存method的引用，每次调用方法的时候都是通过一个index下标来保持对方法的引用

Fastclass机制

CGLIB采用了FastClass的机制来实现对被拦截方法的调用。

FastClass机制就是对一个类的方法建立索引，通过索引来直接调用相应的方法

java 复制代码

public class test10 {
  //这里，tt可以看作目标对象，fc可以看作是代理对象；
  //首先根据代理对象的getIndex方法获取目标方法的索引，
  //然后再调用代理对象的invoke方法就可以直接调用目标类的方法，避免了反射
    public static void main(String[] args){
        Test tt = new Test();
        Test2 fc = new Test2();
        int index = fc.getIndex("f()V");
        fc.invoke(index, tt, null);
    }
}

class Test{
    public void f(){
        System.out.println("f method");
    }
    
    public void g(){
        System.out.println("g method");
    }
}
class Test2{
    public Object invoke(int index, Object o, Object[] ol){
        Test t = (Test) o;
        switch(index){
        case 1:
            t.f();
            return null;
        case 2:
            t.g();
            return null;
        }
        return null;
    }
    //这个方法对Test类中的方法建立索引
    public int getIndex(String signature){
        switch(signature.hashCode()){
        case 3078479:
            return 1;
        case 3108270:
            return 2;
        }
        return -1;
    }
}

上例中，Test2是Test的Fastclass，在Test2中有两个方法getIndex和invoke。

在getIndex方法中对Test的每个方法建立索引，并根据入参（方法名+方法的描述符）来返回相应的索引。

Invoke根据指定的索引，以ol为入参调用对象O的方法。这样就避免了反射调用，提高了效率

三种代理方式之间对比

代理方式	实现	优点	缺点	特点
JDK静态代理	代理类与委托类实现同一接口，并且在代理类中需要硬编码接口	实现简单，容易理解	代理类需要硬编码接口，在实际应用中可能会导致重复编码，浪费存储空间并且效率很低	好像没啥特点
JDK动态代理	代理类与委托类实现同一接口，主要是通过代理类实现InvocationHandler并重写invoke方法来进行动态代理的，在invoke方法中将对方法进行增强处理	不需要硬编码接口，代码复用率高	只能够代理实现了接口的委托类	底层使用反射机制进行方法的调用
CGLIB动态代理	代理类将委托类作为自己的父类并为其中的非final委托方法创建两个方法，一个是与委托方法签名相同的方法，它在方法中会通过super调用委托方法；另一个是代理类独有的方法。在代理方法中，它会判断是否存在实现了MethodInterceptor接口的对象，若存在则将调用intercept方法对委托方法进行代理	可以在运行时对类或者是接口进行增强操作，且委托类无需实现接口	不能对final类以及final方法进行代理	底层将方法全部存入一个数组中，通过数组索引直接进行方法调用

问题

CGlib比JDK快？

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jdk6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的方法进行代理，因为CGLib原理是动态生成被代理类的子类。
在jdk6、jdk7、jdk8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，jdk6和jdk7比CGLIB代理效率低一点，但是到jdk8的时候，jdk代理效率高于CGLIB代理，总之，每一次jdk版本升级，jdk代理效率都得到提升，而CGLIB代理消息确有点跟不上步伐。

Spring如何选择用JDK还是CGLIB？

当Bean实现接口时，Spring就会用JDK的动态代理。
当Bean没有实现接口时，Spring使用CGlib实现。
可以强制使用CGlib

CGLIB和JDK动态代理的区别、优劣势分别是什么？

（1）JDK动态代理实现了被代理对象的接口，CGLib动态代理继承了被代理对象。
（2）JDK动态代理和CGLib动态代理都在运行期生成字节码，JDK动态代理直接写Class字节码，CGLib动态代理使用ASM框架写Class字节码。CGLib动态代理实现更复杂，生成代理类比JDK动态代理效率低。
（3）JDK动态代理调用代理方法是通过反射机制调用的，CGLib动态代理是通过FastClass机制直接调用方法的，CGLib动态代理的执行效率更高。

CGLIB和JDK动态代理都是Java中常用的实现动态代理的方式，它们有一些区别和各自的优劣势。

实现原理：
- JDK动态代理：通过反射机制生成代理对象。JDK动态代理要求目标类必须实现接口，通过Proxy类在运行时动态生成代理类，并通过InvocationHandler来处理方法调用。
- CGLIB动态代理：使用字节码生成库，可以在运行时动态生成被代理类的子类（即代理类）。CGLIB动态代理不要求目标类实现接口，它通过继承并重写父类的方法来实现代理功能。
适用场景：
- JDK动态代理：适用于对实现了接口的目标类进行代理。因为代理对象需要实现与目标类相同的接口。
- CGLIB动态代理：适用于对没有实现接口的目标类进行代理。CGLIB动态代理通过继承目标类并生成其子类来实现代理。
性能：
- JDK动态代理：JDK动态代理使用的是Java原生的反射机制，因此在生成代理对象和执行方法调用时开销较大，性能较差。
- CGLIB动态代理：CGLIB动态代理通过生成子类的方式，避免了反射的开销，所以性能通常比JDK动态代理要好。
使用限制：
- JDK动态代理：只能代理实现了接口的目标类。
- CGLIB动态代理：对final类和private、static等方法无法进行代理。

综上所述，JDK动态代理适用于对接口进行代理，在性能方面较差；而CGLIB动态代理适用于对没有实现接口的类进行代理，并且具有较好的性能。使用哪种动态代理方式取决于具体的需求和限制条件。

结构型设计模式之代理模式

概述

代理模式：代理在RPC、缓存、监控等场景中的应用

定义：

应用场景：

分类：

静态代理

使用方式

JDK动态代理

CGLIB

使用案例

Fastclass机制

问题