代理设计模式

代理设计模式是一种结构模式，它为另一个对象提供占位符或代理，允许您控制对它的访问。

在实际应用程序中，您经常使用资源密集型、远程或敏感组件，例如数据库连接、第三方 API、文件系统或大型内存数据集。

有时您还想：

延迟或控制对实际实现的访问

添加额外的功能（例如日志记录、身份验证），而无需修改现有代码。

代理位于客户端和真实对象之间，拦截调用并可选择更改行为。

让我们通过一个真实世界的示例，看看如何应用代理模式来构建与昂贵或敏感资源的更安全、更智能、更可控的交互。

问题：急切加载

想象一下，您正在构建一个图片库应用程序。用户可以滚动浏览图像缩略图列表，当他们单击一个缩略图时，会显示完整的高分辨率图像。

1. 图像界面
  我们定义了一个基本接口来支持渲染行为：Image
public interface Image {
void display();
String getFileName();
}

高分辨率图像实现
此类表示加载和呈现的实际全尺寸图像。在构建它时，它会加载完整的图像数据------这故意缓慢且占用大量内存。

public class HighResolutionImage implements Image {
private String fileName;
private byte[] imageData; // Simulate large data

复制代码

 public HighResolutionImage(String fileName) {
     this.fileName = fileName;
     loadImageFromDisk(); // Expensive operation!
 }

 private void loadImageFromDisk() {
     System.out.println("Loading image: " + fileName + " from disk (Expensive Operation)...");
     // Simulate disk read and memory allocation
     try {
         Thread.sleep(2000); // Simulate delay
         this.imageData = new byte[10 * 1024 * 1024]; // 10MB
     } catch (InterruptedException e) {
         Thread.currentThread().interrupt();
     }
     System.out.println("Image " + fileName + " loaded successfully.");
 }

 @Override
 public void display() {
     System.out.println("Displaying image: " + fileName);
     // Actual rendering logic would go here
 }

 @Override
 public String getFileName() {
     return fileName;
 }

}

天真的画廊应用程序

public class ImageGalleryAppV1 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Application Started. Initializing images for gallery...");

复制代码

     // Imagine we need to create image objects for a list of thumbnails
     // Even if the user never clicks them, they get loaded!
     Image image1 = new HighResolutionImage("photo1.jpg");
     Image image2 = new HighResolutionImage("photo2.png");
     Image image3 = new HighResolutionImage("photo3.gif");

     System.out.println("\nGallery initialized. User might view an image now.");

     // User clicks on image1
     System.out.println("User requests to display " + image1.getFileName());
     image1.display();

     // User clicks on image3
     System.out.println("\nUser requests to display " + image3.getFileName());
     image3.display();

     // image2 was loaded but never displayed by the user in this session. Waste of resources!
     System.out.println("\nApplication finished.");
 }

}

这种方法有什么问题？

1. . 资源密集型初始化
  Every 在构建时加载其图像数据，即使用户从未查看过图像。这导致：HighResolutionImage
  应用程序启动缓慢
  不必要的内存消耗
  浪费的 I/O 带宽
  如果您的图库显示数十或数百个缩略图，这种方法很快就会成为瓶颈。
1. 无法控制访问
  如果您想：
  每次实际显示图像时都记录？
  在加载敏感图像之前添加权限检查？
  缓存以前加载的图像以供重用？

现在，您必须直接修改类------混合职责、打破单一责任原则，或者更糟糕的是，跨客户端复制逻辑。HighResolutionImage

我们真正需要什么

我们需要一个解决方案，使我们能够：

将昂贵的图像数据加载推迟到实际需要时才进行。

添加额外的行为，如日志记录、访问控制或缓存，而无需更改现有类。HighResolutionImage

维护相同的接口，以便不需要更改客户端代码。

这就是代理设计模式发挥作用的地方。

代理模式

代理设计模式为另一个对象提供了一个替代对象或占位符来控制对它的访问。客户端不是直接与"真实"对象（例如，）交互，而是与实现相同接口的代理交互。HighResolutionImage

这允许代理执行额外的职责，例如延迟初始化、访问控制、日志记录或缓存，而无需更改原始类或客户端代码。

类图

主题（例如，Image)

定义 RealSubject 和 Proxy 共享的通用作的接口或抽象类。

这种抽象允许客户端可以互换地处理真实对象及其代理。

实主体（例如HighResolutionImage)

执行实际工作的实际对象。

通常创建成本高昂，使用资源密集型，或者需要额外的控制层。

代理表示此对象并管理对它的访问。

代理（例如ImageProxy)

实现与（即）相同的接口，使其能够无缝地站进。RealSubjectImage

保存对真实对象的引用，并控制创建或访问它的时间和方式。

充当看门人，仅在适当的时候将调用委托给真实对象。

客户（例如ImageGalleryApp)

通过界面处理对象。Subject

不需要知道它是与真实对象还是代理交互。

这种抽象使客户端代码保持干净、解耦和适应性强。

根据用例，代理可能采用不同的形式：

虚拟代理：推迟真实对象的创建，直到实际需要（延迟加载）。

保护代理：在允许访问某些作之前执行权限检查。

远程代理：处理网络上本地和远程对象之间的通信。

缓存代理：高速缓存昂贵的结果，并避免重复调用实际主题。

智能代理：添加日志记录、引用计数或方法调用前后监控。

实现代理

现在让我们重构我们的图像库以使用代理设计模式。

我们不会急切地加载每个，而是使用一个代理来包装它并延迟加载，直到真正需要图像。HighResolutionImage

1：创建代理类

我们将实现与相同的接口，允许客户端互换使用它。在内部，它将保存对真实图像的引用，但仅在需要时初始化它。ImageProxyImageHighResolutionImage

复制代码

public class ImageProxy implements Image {
    private String fileName;
    private HighResolutionImage realImage; // RealSubject

    public ImageProxy(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
        System.out.println("ImageProxy: Created for " + fileName + ". Real image not loaded yet.");
    }

    @Override
    public String getFileName() {
        // Can safely return without loading the image
        return fileName;
    }

    @Override
    public void display() {
        // Lazy initialization: Load only when display() is called
        if (realImage == null) {
            System.out.println("ImageProxy: display() requested for " + fileName + ". Loading high-resolution image...");
            realImage = new HighResolutionImage(fileName);
        } else {
            System.out.println("ImageProxy: Using cached high-resolution image for " + fileName);
        }

        // Delegate the display call to the real image
        realImage.display();
    }
}

2：更新客户端代码以使用代理

从客户端的角度来看，没有任何变化------它仍然与 .但现在，它不再预先处理重量级对象，而是获得一个轻量级代理，仅按需加载真实对象。Image

复制代码

public class ImageGalleryAppV2 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Application Started. Initializing image proxies for gallery...");

        // Create lightweight proxies instead of full image objects
        Image image1 = new ImageProxy("photo1.jpg");
        Image image2 = new ImageProxy("photo2.png"); // Never displayed
        Image image3 = new ImageProxy("photo3.gif");

        System.out.println("\nGallery initialized. No images actually loaded yet.");
        System.out.println("Image 1 Filename: " + image1.getFileName()); // Does not trigger image load

        // User clicks on image1
        System.out.println("\nUser requests to display " + image1.getFileName());
        image1.display(); // Lazy loading happens here

        // User clicks on image1 again
        System.out.println("\nUser requests to display " + image1.getFileName() + " again.");
        image1.display(); // Already loaded; no loading delay

        // User clicks on image3
        System.out.println("\nUser requests to display " + image3.getFileName());
        image3.display(); // Triggers loading for image3

        System.out.println("\nApplication finished. Note: photo2.png was never loaded.");
    }
}

我们收获了什么？

让我们在这里回顾一下使用代理模式的优势：

延迟加载：仅在用户查看图像时才加载图像，从而缩短启动时间和内存使用。

干净的接口：客户端代码统一交互，不知道它是处理真实对象还是代理。Image

对真实对象没有代码更改：原始内容保持不变。我们不必修改它来支持延迟加载。HighResolutionImage

可重用性：可以重复用于其他优化，如日志记录、缓存或访问控制。ImageProxy

这是虚拟代理的完美用例 ------一种代理，它代表一个昂贵的对象，并将其创建推迟到绝对必要时。

通过仅引入一个小类（），我们提高了性能、节省了内存，并保持了我们的设计干净、可扩展且易于维护------所有这些都无需触及原始图像类或更改客户端逻辑。ImageProxy

使用其他代理类型进行扩展

代理模式最强大的方面之一是它可以很容易地扩展以支持不同的关注点（通常是同时的），而无需修改真实对象或显着更改客户端代码。

让我们探讨如何发展我们不仅充当虚拟代理，而且充当：ImageProxy

保护代理 -- 根据用户角色或权限限制访问。

日志记录代理 -- 记录访问尝试和使用元数据。

1. 添加保护代理
  保护代理根据授权规则控制对敏感作的访问。例如，只有具有角色的用户才能查看机密图像。ADMIN

我们可以将方法扩展为在加载或显示图像之前检查访问权限：display()ImageProxy

复制代码

private boolean checkAccess(String userRole) {
        System.out.println("ProtectionProxy: Checking access for role: " + userRole + " on file: " + fileName);
        // Simulate a basic access control rule
        return "ADMIN".equals(userRole) || !fileName.contains("secret");
    }

    public void display(String userRole) {
        if (!checkAccess(userRole)) {
            System.out.println("ProtectionProxy: Access denied for " + fileName);
            return;
        }

        if (realImage == null) {
            System.out.println("ImageProxy: Loading image for authorized access....");
            realImage = new HighResolutionImage(fileName);
        }

        realImage.display();
    }

这种方法保持了自由授权逻辑，同时在代理级别启用了细粒度的访问控制。HighResolutionImage

1. 添加日志记录代理
  日志记录代理拦截方法调用，并在将其转发到真实对象之前或之后记录它们。这对于审计、调试或使用情况分析特别有用。

以下是我们如何增强原始方法：display()

复制代码

@Override
public void display() {
    System.out.println("LoggingProxy: Attempting to display " + fileName + " at " + new java.util.Date());

    if (realImage == null) {
        System.out.println("ImageProxy: Lazy-loading image...");
        realImage = new HighResolutionImage(fileName);
    }

    realImage.display();

    System.out.println("LoggingProxy: Finished displaying " + fileName + " at " + new java.util.Date());
}

只需几行额外的代码，现在就可以执行多个角色：ImageProxy

充当昂贵对象（虚拟代理）的替代品

延迟初始化直到需要（延迟加载）

限制对敏感内容的访问（保护代理）

记录映像访问和使用模式（日志记录代理）

所有这些都是透明地发生的，客户端或真实对象都不知道。

其他阅读材料：

复制代码

https://pan.baidu.com/s/1c1oQItiA7nZxz8Rnl3STpw?pwd=yftc
https://pan.quark.cn/s/dec9e4868381