通过粘性仙人掌基元进行延迟加载和缓存

您显然知道什么是延迟加载，对吗？而且您无疑知道缓存。据我所知，Java中没有一种优雅的方法来实现它们中的任何一个。这是我在Cactoos原语的帮助下为自己找到的。

Matteo Garrone的《 Reality（2012）》

假设我们需要一个可以加密某些文本的对象。以一种更加面向对象的方式讲，它将封装文本并成为其加密形式。这是我们将如何使用它（让我们先创建测试）：

interface Encrypted {String asString() throws IOException;
}
Encrypted enc = new EncryptedX("Hello, world!");
System.out.println(enc.asString());

现在，让我们以一个非常原始的方式用一个主要的构造函数来实现它。加密机制只会在传入数据中的每个字节上加上+1 ，并且会假定加密不会破坏任何内容（一个非常愚蠢的假设，但是对于本示例而言，它将起作用）：

class Encrypted1 implements Encrypted {private final String text;Encrypted1(String txt) {this.data = txt;}@Overridepublic String asString() {final byte in = this.text.getBytes();final byte[] out = new byte[in.length];for (int i = 0; i < in.length; ++i) {out[i] = (byte) (in[i] + 1);}return new String(out);}
}

到目前为止看起来正确吗？我对其进行了测试，并且可以正常工作。如果输入是"Hello, world!" ，输出将为"Ifmmp-!xpsme\"" 。

接下来，假设我们希望我们的类接受InputStream和String 。我们想这样称呼它，例如：

Encrypted enc = new Encrypted2(new FileInputStream("/tmp/hello.txt")
);
System.out.println(enc.toString());

这是最明显的实现，具有两个主要的构造函数（同样，实现是原始的，但是可以工作）：

class Encrypted2 implements Encrypted {private final String text;Encrypted2(InputStream input) throws IOException {ByteArrayOutputStream baos =new ByteArrayOutputStream();while (true) {int one = input.read();if (one < 0) {break;}baos.write(one);}this.data = new String(baos.toByteArray());}Encrypted2(String txt) {this.text = txt;}// asString() is exactly the same as in Encrypted1
}

从技术上讲，它是可行的，但流读取是在构造函数内部进行的，这是一种不好的做法。主要构造函数只能执行属性分配，而次要构造函数只能创建新对象。

让我们尝试重构并引入延迟加载：

class Encrypted3 {private String text;private final InputStream input;Encrypted3(InputStream stream) {this.text = null;this.input = stream;}Encrypted3(String txt) {this.text = txt;this.input = null;}@Overridepublic String asString() throws IOException {if (this.text == null) {ByteArrayOutputStream baos =new ByteArrayOutputStream();while (true) {int one = input.read();if (one < 0) {break;}baos.write(one);}this.text = new String(baos.toByteArray());}final byte in = this.text.getBytes();final byte[] out = new byte[in.length];for (int i = 0; i < in.length; ++i) {out[i] = (byte) (in[i] + 1);}return new String(out);}
}

效果不错，但看起来很丑。最丑陋的部分当然是这两行：

this.text = null;
this.input = null;

它们使对象可变，并且使用NULL 。丑陋，相信我。不幸的是，延迟加载和NULL引用总是在经典示例中并存。但是，有一种更好的方法来实现它。让我们重构类，这次使用Cactoos的 Scalar ：

class Encrypted4 implements Encrypted {private final IoCheckedScalar<String> text;Encrypted4(InputStream stream) {this(() -> {ByteArrayOutputStream baos =new ByteArrayOutputStream();while (true) {int one = stream.read();if (one < 0) {break;}baos.write(one);}return new String(baos.toByteArray());});}Encrypted4(String txt) {this(() -> txt);}Encrypted4(Scalar<String> source) {this.text = new IoCheckedScalar<>(source);}@Overridepublic String asString() throws IOException {final byte[] in = this.text.value().getBytes();final byte[] out = new byte[in.length];for (int i = 0; i < in.length; ++i) {out[i] = (byte) (in[i] + 1);}return new String(out);}

现在看起来好多了。首先，只有一个主要构造函数和两个次要构造函数。其次，对象是不可变的。第三，还有很多改进的余地：我们可以添加更多的构造函数来接受其他数据源，例如File或byte数组。

简而言之，应该以“惰性”方式加载的属性在对象内部表示为“功能”（Java 8中的lambda表达式）。在我们触摸该属性之前，不会加载该属性。一旦需要使用它，函数便会执行并得到结果。

这段代码有一个问题。每当我们调用asString() ，它将读取输入流，这显然是行不通的，因为只有第一次流才会有数据。在每个后续调用中，流都将为空。因此，我们需要确保this.text.value()仅执行一次封装的Scalar 。所有以后的调用都必须返回先前计算的值。因此，我们需要对其进行缓存。方法如下：

class Encrypted5 implements Encrypted {private final IoCheckedScalar<String> text;// same as above in Encrypted4Encrypted5(Scalar<String> source) {this.data = new IoCheckedScalar<>(new StickyScalar<>(source));}// same as above in Encrypted4

此StickyScalar将确保仅对其方法value()的第一次调用将传递给封装的Scalar 。所有其他呼叫将接收第一个呼叫的结果。

要解决的最后一个问题是关于并发性。我们上面的代码不是线程安全的。如果创建Encrypted5的实例并将其传递给同时调用asString()两个线程，则结果将是不可预测的，这仅仅是因为StickyScalar不是线程安全的。不过，还有另一种可以帮助我们的原语，称为SyncScalar ：

class Encrypted5 implements Encrypted {private final IoCheckedScalar<String> text;// same as above in Encrypted4Encrypted5(Scalar<String> source) {this.data = new IoCheckedScalar<>(new SyncScalar<>(new StickyScalar<>(source)));}// same as above in Encrypted4

现在我们很安全，设计优雅。它包括延迟加载和缓存。

我现在在许多项目中都使用这种方法，它看起来很方便，清晰且面向对象。

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