用 Java 動態代理實現記憶化功能：通用緩存包裝器 Memoizer 詳解

什麼是記憶化？

記憶化源於 Lisp、Python、Perl 等語言，是一種設計模式：緩存函數的計算結果，相同輸入直接返回緩存值，避免重複計算。對於計算密集型方法（如計算圓周率二進制位），能顯著提升性能，且屬可復用橫切關注點。

從硬編碼緩存到裝飾器模式

階段 1：侵入式緩存（反模式）

在 PiBinaryDigitsCalculator 內部加 HashMap 緩存。缺點：業務邏輯與緩存邏輯耦合，難測試、難移除、不可復用。

階段 2：裝飾器模式分離關注點

定義介面 BinaryDigitsCalculator，實現類 PiBinaryDigitsCalculator 專注算法，包裝類 CachingBinaryDigitsCalculator 持有被包裝實例並添加緩存。優點：職責分離，易測試（可注入 Mock 實現驗證緩存行為），可熱插拔。

動態代理：通用化緩存包裝器

JDK 1.3+ 引入 java.lang.reflect.Proxy，運行時動態生成實現指定介面的代理類。我們編寫通用 Memoizer 實現 InvocationHandler，一次編寫、處處復用：

BinaryDigitsCalculator calculator = (BinaryDigitsCalculator) Memoizer.memoize(new PiBinaryDigitsCalculator());

Memoizer 核心實現

• memoize(Object target)：創建代理實例，代理目標物件實現的所有介面。
• invoke(proxy, method, args)：攔截方法調用。
  • void 方法直接執行，不緩存。
  • 非 void 方法：以 (Method, 參數列表) 為 Key 查詢緩存（Map<Method, Map<List<Object>, Object>>），命中則返回，否則反射調用目標方法、存入緩存並返回。
Collections.synchronizedMap。

適用條件與限制

被記憶化的方法必須滿足：

1. 冪等性：相同輸入必然產生相同輸出（無隨機、無時間依賴）。
2. 無副作用：不修改狀態、不發送 IO、不拋出依賴狀態的異常（void 方法自動排除）。
3. 參數不可變：參數作為 Map Key，若調用後發生變異會導致 Key 不匹配或錯誤命中。

性能權衡

反射調用開銷：JDK 1.4 約為直接調用 1/2（JDK 1.3 為 1/40）。僅當緩存命中帶來的計算節省遠超反射開銷時才值得使用。建議：基準測試對比，輕量級方法不適用。

擴展：緩存策略工廠

支援 LRU、大小限制等策略：

Memoizer.memoize(target, new LruCacheFactory(1000));

結語

Memoizer 以 ~100 行代碼實現了通用、可配置、線程安全的記憶化組件，是 Java 開發者工具箱中的利器。正確識別適用場景，度量收益，謹慎使用反射。