kotlin入门潜修之类和对象篇—委托及其原理（一）

作者: 寒潇2018 | 来源:发表于2018-12-24 16:23 被阅读0次

创作不易，如有转载，还请备注。

委托

提起委托就会想到代理，这两个名词真是傻傻分不清楚。代理模式是23种设计模式中非常常用的一种，大名鼎鼎的spring框架都大量使用了代理模式。所以，这个大家想必已经很熟悉了。那么委托又是什么？和代理有啥区别？

有朋友可能会听到委托设计模式，发现23种设计模式当中并没有这个设计模式，因为设计模式的创作者认为委托属于一种编程技巧，更多的服务于其他设计模式，而不是单独作为一个模式而存在。当然还有很多人认为代理模式其实就是委托模式（因为他们实在太像了），反正区分来区分去，迷迷糊糊的。

那么如果非要将代理和委托从设计上做个比较，有啥区别？从设计模式的角度来看，代理模式是为了屏蔽被代理者的实现细节，而委托则更多的是想像继承一样来实现最大化的资源复用。代理模式中代理者和被代理者必须要实现同一个接口，而委托则不需要。代理模式可以看做委托的一个特例。

当然也可以从语义上来进行理解，毕竟命名一定程度上能体现含义。从调用方来看，委托具有被动性，更多的是被动的为调用方完成调用方想要完成的功能（可以理解为调用方自己不想干的事全交给委托者去干了）；而代理则具有主动性，更多的是主动屏蔽被代理者的细节，然后完成调用方想要的功能。

好了，关于二者的异同讨论就到此为止了，下面来看下kotlin中的委托。

委托实现

本节看一下委托的实现与调用。需要说明的是，本章节更多的是侧重于阐述类、方法的委托等，而非属性委托，属性委托会在下个章节阐述。

在kotlin中，为委托提供了一个关键字：by。示例如下：

interface IWork {//声明了一个接口IWork，有个doWork方法，用来完成工作
    fun doWork()
}
class Boss : IWork {//Boss类，老板，实现了自己的工作方法
    override fun doWork() {
        println("work done")
    }
}
//重点来了，定义了一个秘书类，这个类也继承了IWork接口，
//但是，这个类并没有进行任何实现，而是委托给了要传入的work对象来实现
//这里这个work对象在我们的测试例子中就是Boss对象
class Secretary(work: IWork) : IWork by work
//测试类，用于测试委托的调用
class Main {
    companion object {
        @JvmStatic
        fun main(args: Array<String>) {
            Secretary(Boss()).doWork()//因为这里传入的是Boss对象，所以说上面的work实际上就是Boss对象。
        }
    }
}

上面代码清晰明了，这里主要说下上面代码要表达的意义：首先上面有两个角色，一个是秘书，一个是老板。然后他们都有自己的工作，但是现在秘书的工作无法自己完成，所以只能委托给老板来代为完成了。现实中我们肯定要自己告诉老板一声，而在kotlin中，我们只需要使用by关键字告知编译器我们要委托给其他人来帮我工作了，然后在实际触发工作的地方填入我们要委托的具体的对象就ok了。

上面的白话文用kotlin语言来描述一遍：实现委托的关键点在于by关键字，by后面所跟的对象（本例子中就是work对象）就是帮我们实现功能的被委托对象。委托对象（本例子中就是secretary对象）须持有被委托对象的引用，这样才能使用被委托对象的功能。而所谓实际触发工作的地方就是main方法中的测试语句：Secretary(Boss()).doWork()，Secretary的入参Boss()对象就是要委托实现功能的对象。

这里先明确一个概念：委托整个过程可以描述为，当前对象“无法完成”某项功能，而是委托给了其他对象来代为完成的过程。这个“当前对象”就称为委托对象或委托者，而“其他对象”则称为被委托对象或被委托者。在我们示例中，Secretary对象就是委托者，而Boss对象则是被委托者。

从示例中还可以看出，Secretary和Boss都实现了同样的IWork接口，那么是不是要实现委托就必须要实现同一个接口呢？

对于kotlin中的委托可以这么认为。首先，kotlin只允许委托实现接口类型（连抽象类都不行），因此对于委托者和被委托者来说必须要实现一个接口。其次，既然要完成委托功能，自然要知道委托者委托了什么，所以被委托者要实现和委托者一样的接口（这样二者都必须实现接口中的方法，被委托者也就知道了委托者要委托的功能了，这里所谓功能就是一个个方法）。

再说下by关键字，by后面的对象就是被委托对象（本例中即是work对象），这个对象的类型就是委托对象（Secretary）要实现的接口类型。实际上，在委托对象的内部会存储这个被委托对象，并且kotlin编译器会为委托对象生成接口IWork中的所有方法。

接下来看看使用委托来复写接口方法成员的例子。

interface IWork {
    fun doWork()
    fun doWorkNow()//注意这里，我们增加了一个doWorkNow的方法
}
//被委托者Boss类实现了IWork接口
class Boss(val desc: String) : IWork {
    override fun doWorkNow() {
        println(desc)
    }
    override fun doWork() {
        println(desc)
    }
}
//委托者Secretary的委托实现
class Secretary(work: IWork) : IWork by work{
    override fun doWorkNow() {//注意这里复写了doWorkNow方法
        println("do work just now")
    }
}
//测试类
class Main {
    companion object {
        @JvmStatic
        fun main(args: Array<String>) {
            val boss = Boss("do work no matter what time");
            Secretary(boss).doWork()//打印'do work no matter what time '
            Secretary(boss).doWorkNow()//打印'do work just now'，这是因为Secretary复写了doWorkNow方法
        }
    }
}

从打印日志可以看出，当委托者（Secretary）实现接口中的方法时，会优先调用其实现的方法，而不再调用被委托者中（此处是Boss）的方法。

但是当委托者和被委托者都复写了接口属性时，委托者复写的属性无法覆盖被委托者中的属性，换句话说就是被委托者中的方法无法访问到委托者中的属性。示例如下：

interface IWork {
    val workTime: String//注意这里增加了一个属性workTime，表示工作时间
    fun doWork()
}

class Boss(time: String) : IWork {
   //Boss复写了workTime，表明了自己的工作时间
    override val workTime = "boss work time : $time"
    override fun doWork() {
        println(workTime)//打印工作时间
    }
}
//委托实现类Secretary
class Secretary(work: IWork) : IWork by work {
   //同样复写了workTime，表明了自己的工作时间
    override val workTime: String = "secretary work time: tomorrow"
}

class Main {
    companion object {
        @JvmStatic
        fun main(args: Array<String>) {
            val boss = Boss("today")
            val secretary = Secretary(boss)
            secretary.doWork()//'打印boss work time : today'
            println(secretary.workTime)//打印'secretary work time: tomorrow'
        }
    }
}

从上面代码执行后的打印日志可知，委托者（secretary）复写了workTime：override val workTime: String = "secretary work time: tomorrow"，被委托者（boss）也复写了workTime：override val workTime = "boss work time : $time"，当我们通过委托机制打印workTime的时候（对应于main方法中的secretary.doWork()语句），发现打印的实际上是被委托者（boss类）中的workTime值，而不是委托者中的workTime值。为了对比，我们还刻意在代码的最后一行打印出了委托者（secretary）中的workTime值，发现该值才是委托者自己复写的workTime，更加证明了被委托者无法访问委托者中的属性成员的论证。

委托属性

对于委托属性，显而易见的好处就是不用像继承那样对每份属性都实现一份。很多场景下，我们只需要实现一次即可。比如：

延迟属性（lazy properties）。这类属性只会在第一次访问的时候进行值计算。
可观察属性（observable properties）。这类属性通常会被其他观察者进行监听，并在属性变更的时候发送通知给这些观察者。

等等...
所以，kotlin为我们提供了代理属性。是实现关键字依然是by，示例如下：

//被委托者类Delegate，这里将会接收委托者的属性委托请求
class Delegate {
//getValue操作符
    operator fun getValue(thisRef: Any?, property: KProperty<*>): String = "thisRef = $thisRef; property = $property"
//setValue操作符
    operator fun setValue(thisRef: Any?, property: KProperty<*>, value: String) {
        println("thisRes = $thisRef; property = $property; value = $value")
    }
}
//委托者类Example，这里将会将其属性计算委托给Delegate实现
class Example {
//属性委托的语法，同上一个章节阐述的一样，使用by关键字修饰即可。
    var test: String by Delegate()
}
//测试类
class Main {
    companion object {
        @JvmStatic
        fun main(args: Array<String>) {
            val example = Example()//生成一个委托者对象
            println(example.test)//这里读取了委托者对象的test属性值
            example.test = "new value"//这里是写操作，改变了委托者对象的test属性值
        }
    }
}

为了更清晰的认知属性委托机制，上面代码刻意在两个关键处打印了日志，一个是读的时候，一个是写的时候。打印结果如下：

thisRef = Example@5910e440; property = var Example.test: kotlin.String
thisRes = Example@5910e440; property = var Example.test: kotlin.String; value = new value

结合打印结果以及kotlin对属性委托的语法定义，我们可以对属性委托总结以下几点：

属性委托的语法结构为：

val/var <property name>: <Type> by <expression>

by前面的语法和普通定义变量的语法没什么区别，主要是by关键字以及其后面的expression。by是kotlin规定的实现委托的关键字，没什么好说的。而expression怎么理解？其实这里的expression表达的就是被委托者，这是因为委托者属性中的get和set方法都会给代理到被委托者所提供的getValue和setValue方法上。

由代码实现以及第一条最后的分析可知，被委托者（即属性委托的实现者）必须要实现getValue方法（对于var属性还必须要实现setValue方法），但是不需要实现任何接口。且对于getValue方法其返回值必须和委托者中的属性类型保持一致。
从打印日志可知，被委托者会持有委托者的引用（即thisRef）以及所要代理的属性声明（注意是属性的声明，而不是属性的值）。当对属性进行写操作时（即调用setValue）还会传入新值。
从kotlin1.1之后，我们可以在方法体中以及代码块中定义委托属性，比如针对上个例子，我们可以添加个新方法，在新方法中定义委托属性：

fun m1() {
    var test: String by Delegate()//在方法体中定义委托属性
    if (true) {//仅仅为了测试，所以条件里面写了true
        var test: String by Delegate()//在代码块中定义委托属性
    }
}

kotlin提供的几个标准委托

kotlin标准库已经为我们提供了几类不同场景下的委托（对应于前面提到的几种属性委托的场景）。本章节来一一看一下。

Lazy

kotlin中为延迟属性实现了一个标准库方法lazy，该方法接收一个lambda表达式并且返回一个Lazy<T>类型的实例，该实例就是被委托者。当属性第一次被访问的时候，lazy会调用get方法进行属性计算，之后就会缓存这个值，然后在后面调用的时候直接返回缓存的值。

延迟属性示例如下：

            val lazyValue: String by lazy {
                println("first call...")
                "hello word"
            }
//这里刻意打印两次，来看看是否会多次调用属性的get方法
            println(lazyValue)
            println(lazyValue)

执行结果打印如下：

first call...
hello word
hello word

从打印结果可知，lazy属性确实只会在第一次用到的时候进行get计算并将计算结果进行缓存，之后再取值的时候就直接取缓存值。

默认情况下，lazy属性是线程安全的，所以在多个线程访问的情况下，该属性只会缓存第一个线程的执行结果。

如果我们不需要在初始化时保证属性值的同步，可以传递参数LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION 给lazy方法，这样就可能会出现多个线程同时访问该属性的状况，换句话说，lazy属性的初始化值将是未知的，可能由任意一个线程进行初始化。

如果我们确定属性的运行环境只有一个单线程，那么可以传递参数LazyThreadSafetyMode.NONE给lazy方法，但这种模式如果工作在多线程中，将不会保证多线程情况下是否会产生死锁。

Observable

在kotlin中，为可观察者属性提供了一个observable()方法，该方法接收两个参数，一个是初始值，一个是修改处理器（handler）。handler会在每次赋值的时候调用，handler接收三个参数：当前的属性声明、属性旧值、属性新值。示例如下：

//这里定义了一个可观察者属性name
            var name: String by Delegates.observable("zhang san") { property, oldValue, newValue ->
                println("$property value changed: $oldValue -> $newValue")
            }
//通过改变name的值来观察可观察属性的执行状况
            name = "lisi"
            name = "wangwu"
            name = "songliu"

上面代码执行完成后，打印结果如下：

var name: kotlin.String value changed: zhang san -> lisi
var name: kotlin.String value changed: lisi -> wangwu
var name: kotlin.String value changed: wangwu -> songliu

由打印日志可知，可观察属性可以接受一个初始化值，当值改变的时候就会回调修改处理器handler。

kotlin允许对可观察属性进行赋值拦截，如下所示：

            var name2:String by Delegates.vetoable("zhang san"){
                property, oldValue, newValue ->
                println("$property value changed: $oldValue -> $newValue")
                true//注意这里返回了true
            }
            name2 = "lisi"
            println(name2)


            var name3:String by Delegates.vetoable("zhang san"){
                property, oldValue, newValue ->
                println("$property value changed: $oldValue -> $newValue")
                false//这里返回了false
            }
            name3 = "lisi"
            println(name3)

上面代码中，定义了两个可观察者属性name2、name3，但是它们是通过Delegates.vetoable方法来实现委托的，两个属性唯一的区别就是最后的返回值不同，name2返回了true，而name3返回了false。其执行结果如下所示：

var name2: kotlin.String value changed: zhang san -> lisi
lisi
var name3: kotlin.String value changed: zhang san -> lisi
zhang san

从打印结果发现，name3属性值竟然没有被改变！其实，这就是Delegates.vetoable的作用，可以在新值赋值之前拦截该操作，进而无法改变该属性值。实现这种效果只需要简单的将其修改处理器返回值返回false即可。

Map

在kotlin中，map也可以作为属性委托的被委托者出现，主要是用于属性值的缓存。如下所示：

//Person类，这里我们将其属性委托给map来进行保存
class Person(val map: Map<String, Any?>) {
    val name: String by map//委托给map保存
    val age: String by map
}
//生成person对象
val person = Person(mapOf(
        "name" to "zhangsan",
        "age" to "30"
))
//测试方法，打印person的属性值
fun test() {
    println(person.name)//打印'zhangsan'
    println(person.age)//打印'30'
}

provideDelegate操作符

我们可以通过provideDelegate操作符来提供一个自己的委托，这样定义的委托可以同标准库提供的lazy、map等使用方法一致，同时可以在保证委托属性创建的同时加入我们自己的执行逻辑。

假如现在有个需求需要实现一个ui界面，这个UI界面涉及到很多资源，而每个资源都会绑定一个唯一的id，现在我们的目标是需要实现一个资源绑定的功能（bindResource），该功能可以通过id完成资源的初始化，更重要的是，在这个资源初始化的过程之前还能完成对属性的校验。这个属性校验包括属性的可见性、属性名、属性类型等等。示例如下：

//资源的委托实现，这里仅仅是返回了一条字符串说明
class ResourceDelegate : ReadOnlyProperty<UI, String> {
    override fun getValue(thisRef: UI, property: KProperty<*>): String {
        return "$thisRef delegate ${property.name}"
    }
}
//资源加载类，用于加载资源并校验属性
class ResourceLoader(val id: Int) {
        private fun checkProperty(thisRef: UI, name: String) {
//在这个方法里面可以完成对属性名称的校验
        println("$thisRef $name check done...")
    }
//类ResourceLoader必须要定义下面这个方法，而且不仅方法声明要和下面一致，名字也必须是provideDelegate
    operator fun provideDelegate(
            thisRef: UI,
            prop: KProperty<*>): ReadOnlyProperty<UI, String> {        
        checkProperty(thisRef, prop.name)
        return ResourceDelegate()
    }
}
//ui类，写ui的时候经常需要用到资源绑定功能，bindResource就是根据id完成资源的初始化，并对属性进行校验
class UI {
//提供一个名为bindResource的方法，这个方法返回值是ResourceLoader
//当我们通过by关键字委托给该方法实现功能时，会自动调用
//ResourceLoader中的provideDelegate方法
    private fun bindResource(id: Int): ResourceLoader {
        return ResourceLoader(id)
    }
    val image by bindResource(10000)//使用方法同使用标准库中的lazy等委托一样
    val text by bindResource(20000)
}

上面代码提供了一个我们自己定义的委托，这个委托并不是简单的委托方法实现，而是能够让我们像标准库提供的委托一样使用。代码中的注释已经比较详尽，需要注意的是提供委托的类必须要实现operator fun provideDelegate方法。

当然，我们也可以不使用provideDelegate来完成属性name的检测，但是这个显然不是很方便。比如我们采用扩展方法来实现上述功能：

fun UI.bindResource(id: Int, ui: UI,prop: KProperty<*>): ReadOnlyProperty<UI, String> {
    checkProperty(id, ui, prop)
    return ResourceDelegate()
}

这里我们演示了不通过委托来实现资源绑定以及属性校验的功能，但是这里的缺点是显而易见的：我们必须要人为的传入属性所在的对象以及要校验的属性。而这也正是通过委托实现的优点。

下篇文章将会阐述委托的实现原理。

kotlin入门潜修之类和对象篇—委托及其原理（一）

委托

委托实现

委托属性

kotlin提供的几个标准委托

Lazy

Observable

Map

provideDelegate操作符

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