AOP和OOP

装饰模式和AOP

装饰模式和AOP在思想上有共同之处。可能有些朋友还不太了解AOP,下面先简单介绍一下AOP的基础知识。

什么是AOP——面向方面编程

AOP是一种编程范式,提供从另一个角度来考虑程序结构以完善面向对象编程(OOP)。

在面向对象开发中,考虑系统的角度通常是纵向的,比如我们经常画出的如下的系统架构图,默认都是从上到下,上层依赖于下层,如图5所示:

而在每个模块内部呢?就拿大家都熟悉的三层架构来说,也是从上到下来考虑的,通常是表现层调用逻辑层,逻辑层调用数据层,如图所示:

慢慢的,越来越多的人发现,在各个模块之中,存在一些共性的功能,比如日志管理、事务管理等等,如图7所示:


                                         图7  共性功能示意图

这个时候,在思考这些共性功能的时候,是从横向在思考问题,与通常面向对象的纵向思考角度不同,很明显,需要有新的解决方案,这个时候AOP站出来了。

AOP为开发者提供了一种描述横切关注点的机制,并能够自动将横切关注点织入到面向对象的软件系统中,从而实现了横切关注点的模块化。

AOP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,并有利于未来的可操作性和可维护性。

AOP之所以强大,就是因为它能够自动把横切关注点的功能模块,自动织入回到软件系统中,这是什么意思呢?

先看看没有AOP,在常规的面向对象系统中,对这种共性的功能如何处理,大都是把这些功能提炼出来,然后在需要用到的地方进行调用,只画调用通用日志的公共模块,其它的类似,就不去画了,如图8所示:


                    图8  调用公共功能示意图

看清楚,是从应用模块中主动去调用公共模块,也就是应用模块要很清楚公共模块的功能,还有具体的调用方法才行,应用模块是依赖于公共模块的,是耦合的,这样一来,要想修改公共模块就会很困难了,牵一而发百。

看看有了AOP会怎样,还是画个图来说明,如图9所示:


                 图9  AOP的调用示意图

乍一看,跟上面不用AOP没有什么区别嘛,真的吗?看得仔细点,有一个非常非常大的改变,就是所有的箭头方向反过来了,原来是应用系统主动去调用各个公共模块的,现在变成了各个公共模块主动织入回到应用系统。

不要小看这一点变化,这样一来应用系统就不需要知道公共功能模块,也就是应用系统和公共功能解耦了。公共功能会在合适的时候,由外部织入回到应用系统中,至于谁来实现这样的功能,以及如何实现不再我们的讨论之列,我们更关注这个思想。

如果按照装饰模式来对比上述过程,业务功能对象就可以被看作是被装饰的对象,而各个公共的模块就好比是装饰器,可以透明的来给业务功能对象增加功能。

所以从某个侧面来说,装饰模式和AOP要实现的功能是类似的,只不过AOP的实现方法不同,会更加灵活,更加可配置;另外AOP一个更重要的变化是思想上的变化——“主从换位”,让原本主动调用的功能模块变成了被动等待,甚至毫不知情的情况下被织入了很多新的功能。

使用装饰模式做出类似AOP的效果

下面来演示一下使用装饰模式,把一些公共的功能,比如权限控制,日志记录,透明的添加回到业务功能模块中去,做出类似AOP的效果。

首先定义业务接口

这个接口相当于装饰模式的Component。注意这里使用的是接口,而不像前面一样使用的是抽象类,虽然使用抽象类的方式来定义组件是装饰模式的标准实现方式,但是如果不需要为子类提供公共的功能的话,也是可以实现成接口的,这点要先说明一下,免得有些朋友会认为这就不是装饰模式了,示例代码如下:

/** 
* 商品销售管理的业务接口 
*/  
public interface GoodsSaleEbi {  
    /** 
     * 保存销售信息,本来销售数据应该是多条,太麻烦了,为了演示,简单点 
     * @param user 操作人员 
     * @param customer 客户 
     * @param saleModel 销售数据 
     * @return 是否保存成功 
     */  
    public boolean sale(String user,String customer, SaleModel saleModel);  
}  

顺便把封装业务数据的对象也定义出来,很简单,示例代码如下:

/** 
* 封装销售单的数据,简单的示意一些 
*/  
public class SaleModel {  
    /** 
    * 销售的商品 
    */  
    private String goods;  
    /** 
    * 销售的数量 
    */  
    private int saleNum;  
    public String getGoods() {    
        return goods;     
    }  
    public void setGoods(String goods) {  
        this.goods = goods;   
    }  
    public int getSaleNum() {  
        return saleNum;  
    }  
    public void setSaleNum(int saleNum) {  
        this.saleNum = saleNum;  
    }  
    public String toString(){  
        return "商品名称="+goods+",购买数量="+saleNum;  
    }  
}

定义基本的业务实现对象

public class GoodsSaleEbo implements GoodsSaleEbi{  
    public boolean sale(String user,String customer,   
                      SaleModel saleModel) {  
        System.out.println(user+"保存了"  
                                 +customer+"购买 "+saleModel+" 的销售数据");  
        return true;  
    }  
}

实现公共功能

把这些公共功能实现成为装饰器,那么需要给它们定义一个抽象的父类,示例如下:

/** 
* 装饰器的接口,需要跟被装饰的对象实现同样的接口 
*/  
public abstract class Decorator implements GoodsSaleEbi{  
    /** 
               * 持有被装饰的组件对象 
           */  
    protected GoodsSaleEbi ebi;  
    /** 
     * 通过构造方法传入被装饰的对象 
     * @param ebi被装饰的对象 
     */  
    public Decorator(GoodsSaleEbi ebi){  
        this.ebi = ebi;  
    }  
}

实现权限控制的装饰器

先检查是否有运行的权限,如果有就继续调用,如果没有,就不递归调用了,而是输出没有权限的提示,示例代码如下:

/** 
 * 实现权限控制 
 */  
public class CheckDecorator extends Decorator{  
    public CheckDecorator(GoodsSaleEbi ebi){  
        super(ebi);  
    }  
    public boolean sale(String user,String customer  
        , SaleModel saleModel) {  
        //简单点,只让张三执行这个功能  
        if(!"张三".equals(user)){  
            System.out.println("对不起"+user  
                +",你没有保存销售单的权限");  
            //就不再调用被装饰对象的功能了  
            return false;  
        }else{  
            return this.ebi.sale(user,customer,saleModel);  
        }         
    }  
}

实现日志记录的装饰器,就是在功能执行完成后记录日志即可

/** 
* 实现日志记录 
*/  
public class LogDecorator extends Decorator{  
    public LogDecorator(GoodsSaleEbi ebi){  
        super(ebi);  
    }  
    public boolean sale(String user,String customer,   
        SaleModel saleModel) {  
        //执行业务功能  
        boolean f = this.ebi.sale(user, customer, saleModel);  
  
        //在执行业务功能过后,记录日志  
        DateFormat df =   
            new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss SSS");  
        System.out.println("日志记录:"+user+"于"+  
                df.format(new Date())+"时保存了一条销售记录,客户是"  
                +customer+",购买记录是"+saleModel);  
        return f;  
    }  
}

组合使用这些装饰器

在组合的时候,权限控制应该是最先被执行的,所以把它组合在最外面,日志记录的装饰器会先调用原始的业务对象,所以把日志记录的装饰器组合在中间。

前面讲过,装饰器之间最好不要有顺序限制,但是在实际应用中,要根据具体的功能要求来,有需要的时候,也可以有顺序的限制,但应该尽量避免这种情况。
        此时客户端测试代码示例如下:

public class Client {  
    public static void main(String[] args) {  
        //得到业务接口,组合装饰器  
        GoodsSaleEbi ebi = new CheckDecorator(  
                new LogDecorator(  
                new GoodsSaleEbo()));  
        //准备测试数据  
        SaleModel saleModel = new SaleModel();  
        saleModel.setGoods("Moto手机");  
        saleModel.setSaleNum(2);  
        //调用业务功能  
        ebi.sale("张三","张三丰", saleModel);  
        ebi.sale("李四","张三丰", saleModel);  
    }  
}

运行结果如下:

好好体会一下,是不是也在没有惊动原始业务对象的情况下,给它织入了新的功能呢?也就是说是在原始业务不知情的情况下,给原始业务对象透明的增加了新功能,从而模拟实现了AOP的功能。

事实上,这种做法,完全可以应用在项目开发上,在后期为项目的业务对象添加数据检查、权限控制、日志记录等功能,就不需要在业务对象上去处理这些功能了,业务对象可以更专注于具体业务的处理。

装饰模式的优缺点

  • 比继承更灵活
        从为对象添加功能的角度来看,装饰模式比继承来得更灵活。继承是静态的,而且一旦继承是所有子类都有一样的功能。而装饰模式采用把功能分离到每个装饰器当中,然后通过对象组合的方式,在运行时动态的组合功能,每个被装饰的对象,最终有哪些功能,是由运行期动态组合的功能来决定的。
  • 更容易复用功能
        装饰模式把一系列复杂的功能,分散到每个装饰器当中,一般一个装饰器只实现一个功能,这样实现装饰器变得简单,更重要的是这样有利于装饰器功能的复用,可以给一个对象增加多个同样的装饰器,也可以把一个装饰器用来装饰不同的对象,从而复用装饰器的功能。
  • 简化高层定义
        装饰模式可以通过组合装饰器的方式,给对象增添任意多的功能,因此在进行高层定义的时候,不用把所有的功能都定义出来,而是定义最基本的就可以了,可以在使用需要的时候,组合相应的装饰器来完成需要的功能。
  • 会产生很多细粒度对象
        前面说了,装饰模式是把一系列复杂的功能,分散到每个装饰器当中,一般一个装饰器只实现一个功能,这样会产生很多细粒度的对象,而且功能越复杂,需要的细粒度对象越多。

思考装饰模式

装饰模式的本质:动态组合

动态是手段,组合才是目的。这里的组合有两个意思,一个是动态功能的组合,也就是动态进行装饰器的组合;另外一个是指对象组合,通过对象组合来实现为被装饰对象透明的增加功能。

但是要注意,装饰模式不仅仅可以增加功能,也可以控制功能的访问,可以完全实现新的功能,还可以控制装饰的功能是在被装饰功能之前还是之后来运行等。

总之,装饰模式是通过把复杂功能简单化,分散化,然后在运行期间,根据需要来动态组合的这么一个模式。

何时选用装饰模式

建议在如下情况中,选用装饰模式:

  • 如果需要在不影响其它对象的情况下,以动态、透明的方式给对象添加职责,可以使用装饰模式,这几乎就是装饰模式的主要功能
  • 如果不合适使用子类来进行扩展的时候,可以考虑使用装饰模式,因为装饰模式是使用的“对象组合”的方式。所谓不适合用子类扩展的方式,比如:扩展功能需要的子类太多,造成子类数目呈爆炸性增长。

相关模式

  • 装饰模式与适配器模式
        这是两个没有什么关联的模式,放到一起来说,是因为它们有一个共同的别名:Wrapper。
        这两个模式功能上是不一样的,适配器模式是用来改变接口的,而装饰模式是用来改变对象功能的。
  • 装饰模式与组合模式
        这两个模式有相似之处,都涉及到对象的递归调用,从某个角度来说,可以把装饰看成是只有一个组件的组合。
        但是它们的目的完全不一样,装饰模式是要动态的给对象增加功能;而组合模式是想要管理组合对象和叶子对象,为它们提供一个一致的操作接口给客户端,方便客户端的使用。
  • 装饰模式与策略模式
        这两个模式可以组合使用。
        策略模式也可以实现动态的改变对象的功能,但是策略模式只是一层选择,也就是根据策略选择一下具体的实现类而已。而装饰模式不是一层,而是递归调用,无数层都可以,只要组合好装饰器的对象组合,那就可以依次调用下去,所以装饰模式会更灵活。
        而且策略模式改变的是原始对象的功能,不像装饰模式,后面一个装饰器,改变的是经过前一个装饰器装饰过后的对象,也就是策略模式改变的是对象的内核,而装饰模式改变的是对象的外壳。
        这两个模式可以组合使用,可以在一个具体的装饰器里面使用策略模式,来选择更具体的实现方式。比如前面计算奖金的另外一个问题就是参与计算的基数不同,奖金的计算方式也是不同的。举例来说:假设张三和李四参与同一个奖金的计算,张三的销售总额是2万元,而李四的销售额是8万元,它们的计算公式是不一样的,假设奖金的计算规则是,销售额在5万以下,统一3%,而5万以上,5万内是4%,超过部分是6%。
        参与同一个奖金的计算,这就意味着可以使用同一个装饰器,但是在装饰器的内部,不同条件下计算公式不一样,那么怎么选择具体的实现策略呢?自然使用策略模式就好了,也就是装饰模式和策略模式组合来使用。
  • 装饰模式与模板方法模式
        这是两个功能上有相似点的模式。
        模板方法模式主要应用在算法骨架固定的情况,那么要是算法步骤不固定呢,也就是一个相对动态的算法步骤,就可以使用装饰模式了,因为在使用装饰模式的时候,进行装饰器的组装,其实也相当于是一个调用算法步骤的组装,相当于是一个动态的算法骨架。
        既然装饰模式可以实现动态的算法步骤的组装和调用,那么把这些算法步骤固定下来,那就是模板方法模式实现的功能了,因此装饰模式可以模拟实现模板方法模式的功能。
        但是请注意,仅仅只是可以模拟功能而已,两个模式的设计目的、原本的功能、本质思想等都是不一样的。

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