设计模式之 代理模式

小白不太白9502024-11-25 15:22

代理模式是一种结构型设计模式，允许通过一个代理对象来控制对另一个对象的访问。代理对象通常会执行一些额外的操作，例如权限检查、延迟初始化、日志记录等。它在客户端和目标对象之间充当中介，能够为客户端提供更加灵活和安全的访问方式。

在代理模式中，代理对象与真实对象实现相同的接口或继承自同一个父类，这样代理对象就可以代替真实对象进行操作。

一、代理模式的类型

代理模式根据其功能和行为的不同，可以分为几种不同的类型：

  1. 静态代理（Static Proxy）

    静态代理在编译时就已经确定了代理对象和真实对象的关系。在这种模式下，代理类和真实类会实现相同的接口，客户端可以通过代理类来访问真实类。静态代理的主要缺点是代理类需要与真实类一一对应，无法动态创建。

  2. 动态代理（Dynamic Proxy）

    动态代理是在程序运行时，通过反射机制动态生成代理类，代理对象和真实对象之间的关系是在运行时确定的。Java中的java.lang.reflect.Proxy类和CGLib等技术提供了动态代理的支持。动态代理的最大优点是可以在运行时动态生成代理对象，且不需要手动创建多个代理类。

  3. 远程代理（Remote Proxy）

    远程代理通常用于网络编程场景，它代表一个远程对象，在客户端与服务器之间充当代理，处理网络通信等细节。客户端通过代理对象访问远程服务器，代理会将请求转发到远程对象并返回结果。

  4. 虚拟代理（Virtual Proxy）

    虚拟代理通常用于延迟加载的场景，它代理一个资源消耗较大的对象，只有在真正需要时才会创建真实对象。比如，图像加载、数据库查询等操作，可以在用户需要时再初始化资源，减少内存和计算的开销。

  5. 保护代理（Protection Proxy）

    保护代理主要用于权限控制的场景，它控制对目标对象的访问，提供安全检查。客户端通过代理对象访问目标对象，代理在访问前进行身份验证、权限控制等安全操作，确保目标对象只能被授权的用户访问。

  6. 缓存代理（Cache Proxy）

    缓存代理负责在内存中缓存真实对象的数据，以提高性能。它可以避免频繁的重复计算或从外部系统（如数据库）获取数据。当代理对象被请求时，如果缓存中有数据，它就直接返回缓存的数据；否则，它会请求真实对象并将结果缓存。

三、代理模式的结构

代理模式通常由以下几部分组成：

  1. Subject（主题接口）：定义代理对象和真实对象都要实现的接口，通常是目标对象和代理对象都要遵循的合同。

  2. RealSubject（真实主题）：目标对象，代理对象实际控制和访问的对象。真实对象包含真正的业务逻辑。

  3. Proxy（代理类）：代理对象，它通过实现与真实对象相同的接口来转发客户端的请求。在代理中，可能会添加一些附加的操作（如权限检查、日志记录、延迟加载等），然后转发给真实对象。

三、代理模式的应用实例
1. 静态代理

我们用购买火车票作为例子，代理类可以在调用真实对象的方法之前添加一些附加操作。

  • 卖票接口

    java 复制代码 
    public interface SellTickets {
    void sell();
}

  • 火车站

    java 复制代码 
    public class TrainStation implements SellTickets{
    @Override
    public void sell() {
        System.out.println("火车站出票");
    }
}

  • 代售点

    java 复制代码 
    public class ProxyPoint implements SellTickets{

    TrainStation trainStation = new TrainStation();
    @Override
    public void sell() {
        System.out.println("代售点收取服务费");
        trainStation.sell();
        System.out.println("代售点将票给顾客");
    }
}

  • 测试类

    java 复制代码 
    public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ProxyPoint proxyPoint = new ProxyPoint();
        proxyPoint.sell();
    }
}

  • 输出结果

2. 动态代理

JDK动态代理

Java的动态代理通过反射机制，在运行时生成代理对象。java.lang.reflect.Proxy类允许我们为接口创建动态代理类。

我们接着上述例子进行，创建卖票接口和火车站类。

  • 代理工厂类

    java 复制代码 
    public class ProxyFactory {
    private TrainStation trainStation = new TrainStation();

    public SellTickets getProxyObject(){
        /**
         * ClassLoader loader, 类加载器，直接通过对象获取
         * Class<?>[] interfaces, 代理类实现接口的字节码对象，直接通过对象获取
         * InvocationHandler h)， 代理对象的调用处理程序
         */
        SellTickets proxyInstance = (SellTickets) Proxy.newProxyInstance(
                trainStation.getClass().getClassLoader(),
                trainStation.getClass().getInterfaces(),
                new InvocationHandler() {
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        //proxy：表示代理对象，即动态生成的代理类实例，是通过 Proxy.newProxyInstance() 方法创建的。
                        //method：表示被调用的方法，是一个 Method 对象，包含了目标方法的信息（方法名、参数等）。
                        //args：是一个 Object[] 数组，包含了调用该方法时传入的参数。
                        System.out.println("收取服务费");
                        Object object = method.invoke(trainStation, args);
                        System.out.println("售票处出票");
                        return object;
                    }
                }
        );

        return proxyInstance;
    }
}

  • 测试类

    java 复制代码 
    public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ProxyFactory proxyFactory = new ProxyFactory();
        SellTickets sellTickets = proxyFactory.getProxyObject();
        sellTickets.sell();
    }
}

  • 运行结果

3. 虚拟代理

虚拟代理用于延迟加载，在访问时才会创建目标对象。比如在图像加载的场景中，只有当用户需要查看图片时，图像才会被加载。

java 复制代码 
interface Image {
    void display();
}

class RealImage implements Image {
    private String filename;

    public RealImage(String filename) {
        this.filename = filename;
        loadImage();
    }

    private void loadImage() {
        System.out.println("Loading image: " + filename);
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Displaying image: " + filename);
    }
}

class ProxyImage implements Image {
    private RealImage realImage;
    private String filename;

    public ProxyImage(String filename) {
        this.filename = filename;
    }

    @Override
    public void display() {
        if (realImage == null) {
            realImage = new RealImage(filename);  // 延迟加载
        }
        realImage.display();
    }
}

// 客户端代码
public class ProxyImageExample {
    public static void main(String[] args) {
        Image image = new ProxyImage("image.jpg");
        image.display();  // 第一次调用，加载图像并显示
        image.display();  // 第二次调用，直接显示
    }
}

第一次调用display()时，代理对象才会创建真实对象，并加载图像，第二次调用则直接显示图像。

四、代理模式的优缺点
优点：

  1. 增加了对象的附加功能：通过代理对象，我们可以在不修改目标对象的情况下，为其添加额外的操作（如日志、安全检查、缓存等）。

  2. 控制访问：代理模式可以用于控制访问，尤其是在远程代理和保护代理中，可以对目标对象的访问进行限制和权限控制。

  3. 延迟加载：虚拟代理可以延迟加载目标对象，减少系统开销，尤其在某些资源消耗大的操作中表现突出。

  4. 简化客户端访问：客户端只需要通过代理访问目标对象，而不需要关心目标对象的复杂性或其创建过程。

缺点：

  1. 增加系统的复杂性：代理模式引入了代理对象，可能会使系统的结构变得更加复杂，特别是静态代理模式中需要为每个真实对象创建一个对应的代理类。

  2. 性能开销：代理模式通常会引入一些额外的处理（如方法拦截、权限验证等），可能会导致性能开销，尤其是在频繁使用代理的情况下。

  3. 不适用于所有场景：代理模式虽然灵活，但并不适用于每个场景。对于某些简单的系统来说，代理模式可能显得过于复杂，使用不当可能带来不必要的额外开销。

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