Kotlin Vocabulary | Kotlin 委托代理

Kotlin Vocabulary | Kotlin 委托代理

有时候,完成一些工作的方法是将它们委托给别人。这里不是在建议您将自己的工作委托给朋友去做,而是在说将一个对象的工作委托给另一个对象。

当然,委托在软件行业不是什么新鲜名词。委托 (Delegation) 是一种设计模式,在该模式中,对象会委托一个助手 (helper) 对象来处理请求,这个助手对象被称为代理。代理负责代表原始对象处理请求,并使结果可用于原始对象。

Kotlin 不仅支持类和属性的代理,其自身还包含了一些内建代理,从而使得实现委托变得更加容易。

类代理

这里举个例子,您需要实现一个同 ArrayList 基本相同的用例,唯一的不同是此用例可以恢复最后一次移除的项目。基本上,实现此用例您所需要的就是一个同样功能的 ArrayList,以及对最后移除项目的引用。

实现这个用例的一种方式,是继承 ArrayList 类。由于新的类继承了具体的 ArrayList 类而不是实现 MutableList 接口,因此它与 ArrayList 的实现高度耦合。

如果只需要覆盖 remove() 函数来保持对已删除项目的引用,并将 MutableList 的其余空实现委托给其他对象,那该有多好啊。为了实现这一目标,Kotlin 提供了一种将大部分工作委托给一个内部 ArrayList 实例并且可以自定义其行为的方式,并为此引入了一个新的关键字: by。

让我们看看类代理的工作原理。当您使用 by 关键字时,Kotlin 会自动生成使用 innerList 实例作为代理的代码:

<!-- Copyright 2019 Google LLC.
SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 -->
class ListWithTrash <T>(private val innerList: MutableList<T> = ArrayList<T>()) : MutableCollection<T> by innerList {
	var deletedItem : T? = null
	override fun remove(element: T): Boolean {
	       deletedItem = element
			return innerList.remove(element)
	}
	fun recover(): T? {
		return deletedItem
	}
}

by 关键字告诉 Kotlin 将 MutableList 接口的功能委托给一个名为 innerList 的内部 ArrayList。通过桥接到内部 ArrayList 对象方法的方式,ListWithTrash 仍然支持 MutableList 接口中的所有函数。与此同时,现在您可以添加自己的行为了。

工作原理

让我们看看这一切是如何工作的。如果您去查看 ListWithTrash 字节码所反编译出的 Java 代码,您会发现 Kotlin 编译器其实创建了一些包装函数,并用它们调用内部 ArrayList 对象的相应函数:

public final class ListWithTrash implements Collection, KMutableCollection {
  @Nullable
  private Object deletedItem;
  private final List innerList;

  @Nullable
  public final Object getDeletedItem() {
     return this.deletedItem;
  }

  public final void setDeletedItem(@Nullable Object var1) {
     this.deletedItem = var1;
  }

  public boolean remove(Object element) {
     this.deletedItem = element;
     return this.innerList.remove(element);
  }

  @Nullable
  public final Object recover() {
     return this.deletedItem;
  }

  public ListWithTrash() {
     this((List)null, 1, (DefaultConstructorMarker)null);
  }

  public int getSize() {
     return this.innerList.size();
  }
   // $FF: 桥接方法
  public final int size() {
     return this.getSize();
  }
  //…...
}

注意: 为了在生成的代码中支持类代理,Kotlin 编译器使用了另一种设计模式——装饰者模式。在装饰者模式中,装饰者类与被装饰类使用同一接口。装饰者会持有一个目标类的内部引用,并且包装 (或者装饰) 接口提供的所有公共方法。

在您无法继承特定类型时,委托模式就显得十分有用。通过使用类代理,您的类可以不继承于任何类。相反,它会与其内部的源类型对象共享相同的接口,并对该对象进行装饰。这意味着您可以轻松切换实现而不会破坏公共 API。

属性代理

除了类代理,您还可以使用 by 关键字进行属性代理。通过使用属性代理,代理会负责处理对应属性 getset 函数的调用。这一特性在您需要在其他对象间复用 getter/setter 逻辑时十分有用,同时也能让您可以轻松地对简单支持字段的功能进行扩展。

让我们假设您有一个 Person 类型,定义如下:

class Person(var name: String, var lastname: String)

该类型的 name 属性有一些格式化需求。当 name 被赋值时,您想要确保将第一个字母大写的同时将其余字母格式化为小写。另外,在更新 name 的值时,您想要自动增加 updateCount 属性。

您可以像下面这样实现这一功能:

<!-- Copyright 2019 Google LLC.
SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 -->

class Person(name: String, var lastname: String) {
   var name: String = name
       set(value) {
           name = value.toLowerCase().capitalize()
           updateCount++
       }
   var updateCount = 0
}

上述代码当然是可以解决问题的,但若需求发生改变,比如您想要在 lastname 的值发生改变时也增加 updateCount 的话会怎样?您可以复制粘贴这段逻辑并实现一个自定义 setter,但这样一来,您会发现自己为所有属性编写了完全相同的 setter。

<!-- Copyright 2019 Google LLC.
SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 -->

class Person(name: String, lastname: String) {
   var name: String = name
       set(value) {
           name = value.toLowerCase().capitalize()
           updateCount++
       }
   var lastname: String = lastname
       set(value) {
           lastname = value.toLowerCase().capitalize()
           updateCount++
       }
   var updateCount = 0
}

两个 setter 方法几乎完全相同,这意味着这里的代码可以进行优化。通过使用属性代理,我们可以将 getter 和 setter 委托给属性,从而可以复用代码。

与类代理相同,您可以使用 by 来代理一个属性,Kotlin 会在您使用属性语法时生成代码来使用代理。

<!-- Copyright 2019 Google LLC.
SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 -->

class Person(name: String, lastname: String) {
   var name: String by FormatDelegate()
   var lastname: String by FormatDelegate()
   var updateCount = 0
}

像这样修改以后,namelastname 属性就被委托给了 FormatDelegate 类。现在让我们来看看 FormatDelegate 的代码。如果您只需要委托 getter,那么代理类需要实现 ReadProperty<Any?, String>;而如果 getter 与 setter 都要委托,则代理类需要实现 ReadWriteProperty<Any?, String>。在我们的例子中,FormatDelegate 需要实现 ReadWriteProperty<Any?, String>,因为您想在调用 setter 时执行格式化操作。

<!-- Copyright 2019 Google LLC.
SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 -->

class FormatDelegate : ReadWriteProperty<Any?, String> {
   private var formattedString: String = ""

   override fun getValue(
       thisRef: Any?,
       property: KProperty<*>
   ): String {
       return formattedString
   }

   override fun setValue(
       thisRef: Any?,
       property: KProperty<*>,
       value: String
   ) {
       formattedString = value.toLowerCase().capitalize()
   }
}

您可能已经注意到,getter 和 setter 函数中有两个额外参数。第一个参数是 thisRef,代表了包含该属性的对象。thisRef 可用于访问对象本身,以用于检查其他属性或调用其他类函数一类的目的。第二个参数是 KProperty<*>,可用于访问被代理的属性上的元数据。

回头看一看需求,让我们使用 thisRef 来访问和增加 updateCount 属性:

<!-- Copyright 2019 Google LLC.
SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 -->

override fun setValue(
   thisRef: Any?,
   property: KProperty<*>,
   value: String
) {
   if (thisRef is Person) {
       thisRef.updateCount++
   }
   formattedString = value.toLowerCase().capitalize()
}

工作原理

为了理解其工作原理,让我们来看看反编译出的 Java 代码。Kotlin 编译器会为 namelastname 属性生成持有 FormatDelegate 对象私有引用的代码,以及包含您所添加逻辑的 getter 和 setter。

编译器还会创建一个 KProperty[] 用于存放被代理的属性。如果您查看了为 name 属性所生成的 getter 和 setter,就会发现它的实例存储在了索引为 0 的位置, 同时 lastname 被存储在索引为 1 的位置。

public final class Person {
  // $FF: 合成字段
  static final KProperty[] $$delegatedProperties = new KProperty[]{(KProperty)Reflection.mutableProperty1(new MutablePropertyReference1Impl(Reflection.getOrCreateKotlinClass(Person.class), "name", "getName()Ljava/lang/String;")), (KProperty)Reflection.mutableProperty1(new MutablePropertyReference1Impl(Reflection.getOrCreateKotlinClass(Person.class), "lastname", "getlastname()Ljava/lang/String;"))};
  @NotNull
  private final FormatDelegate name$delegate;
  @NotNull
  private final FormatDelegate lastname$delegate;
  private int updateCount;

  @NotNull
  public final String getName() {
     return this.name$delegate.getValue(this, $$delegatedProperties[0]);
  }

  public final void setName(@NotNull String var1) {
     Intrinsics.checkParameterIsNotNull(var1, "<set-?>");
     this.name$delegate.setValue(this, $$delegatedProperties[0], var1);
  }
  //...
}

通过这一技巧,任何调用者都可以通过常规的属性语法访问代理属性。

person.lastname = “Smith” 
// 调用生成的 setter,增加数量
 
println(“Update count is $person.count”)

Kotlin 不仅支持委托模式的实现,同时还在标准库中提供了内建的代理,我们将在另一篇文章中进行详细地介绍。

代理可以帮您将任务委托给其他对象,并提供更好的代码复用性。Kotlin 编译器会创建代码以使您可以无缝使用代理。Kotlin 使用简单的 by 关键字语法来代理属性或类。内部实现上,Kotlin 编译器会生成支持代理所需的所有代码,而不会暴露任何公共 API 的修改。简而言之,Kotlin 会生成和维护所有代理所需的样板代码,换句话说,您可以将您的工作放心地委托给 Kotlin。

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