Java设计模式-代理模式

模式概述

代理模式简介

核心思想：通过定义一个代理对象（Proxy），控制对真实对象（RealSubject）的访问。代理对象在真实对象的方法执行前后添加额外逻辑（如权限校验、日志记录、延迟加载等），从而在不修改真实对象的前提下扩展其功能，实现客户端与真实对象的解耦。

模式类型：结构型设计模式（关注对象的组成与交互，通过代理控制访问）。

作用：

控制访问：限制真实对象的直接访问（如保护代理仅允许授权用户调用）。
功能增强：在真实对象方法前后添加通用逻辑（如日志记录、性能监控）。
解耦客户端与真实对象：客户端仅依赖代理接口，无需感知真实对象的存在或修改。
延迟加载：虚拟代理可推迟真实对象的创建（如图片懒加载，仅用户查看时加载）。

典型应用场景：

远程代理（RPC调用）：客户端通过代理对象调用远程服务（如Dubbo的服务消费者代理）。
虚拟代理（Lazy Loading）：图片/文件懒加载（如网页中图片未滚动到可视区域不加载）。
保护代理（Permission Control）：接口权限校验（如Spring Security的访问控制代理）。
缓存代理（Cache）：数据库查询缓存（如MyBatis的一级/二级缓存代理）。
智能引用（Smart Reference）：对象访问统计（如记录方法调用次数）。

我认为：代理模式是"对象的代言人"，在不改变真实对象的前提下，为其添加"保护壳"或"增强功能"，让客户端更安全、便捷地使用对象。

课程目标

理解代理模式的核心思想和经典应用场景
识别应用场景，使用代理模式解决功能要求
了解代理模式的优缺点

核心组件

角色-职责表

角色	职责	示例类名
主题接口（Subject）	定义真实主题与代理的共同接口，声明需要实现的方法	`UserService`
真实主题（RealSubject）	实现主题接口，包含具体业务逻辑（被代理的真实对象）	`RealUserService`
代理（Proxy）	实现主题接口，持有真实主题的引用，在方法调用前后添加额外逻辑（如校验、日志）	`UserServiceProxy`

类图

下面是一个简化的类图表示，展示了代理模式中的主要角色及其交互方式：
实现实现引用使用 <<interface>> UserService +queryUserInfo(userId: String) RealUserService +queryUserInfo(userId: String) UserServiceProxy -realService: UserService -currentUserRole: String +UserServiceProxy(realService: UserService, currentUserRole: String) +queryUserInfo(userId: String) Client +main(args: String[])

传统实现 VS 代理模式

案例需求

案例背景 ：实现一个用户信息服务（UserService），提供查询用户信息的方法（queryUserInfo）。要求：仅允许管理员（role=admin）调用该方法，且调用时记录操作日志。

传统实现（痛点版）

代码实现：

java 复制代码

// 真实主题：具体实现用户信息查询
class RealUserService{
    @Override
    public String queryUserInfo(String userId) {
        // 模拟数据库查询
        return "用户信息：ID=" + userId + ", 姓名=张三, 年龄=25";
    }
}

// 传统实现：客户端直接调用真实对象（无权限校验和日志）
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        UserService realService = new RealUserService();
        String userId = "1001";

        // 问题1：需在客户端手动添加权限校验（代码冗余）
        if (!"admin".equals(getCurrentUserRole())) {  // 假设获取当前用户角色
            throw new SecurityException("无权限查询用户信息");
        }

        // 调用真实对象方法
        String userInfo = realService.queryUserInfo(userId);

        // 问题2：需在客户端手动添加日志记录（重复代码）
        System.out.println("日志：用户" + getCurrentUserId() + "查询了用户" + userId + "的信息");
    }

    // 模拟当前用户信息（假设）
    private static String getCurrentUserRole() {
        return "guest";  // 测试时改为"admin"可绕过校验
    }

    private static String getCurrentUserId() {
        return "admin_123";
    }
}

痛点总结：

代码冗余：每个客户端调用真实对象时都需重复编写权限校验、日志记录等逻辑。
可维护性差：若需修改校验规则（如新增角色）或日志格式，需同步修改所有客户端代码。
真实对象暴露 ：客户端直接依赖真实对象（RealUserService），可能意外修改其状态或绕过校验逻辑。

代理模式实现（优雅版）

代码实现：

java 复制代码

// 1. 主题接口：定义用户信息服务
interface UserService {
    String queryUserInfo(String userId);
}

// 2. 真实主题：具体实现用户信息查询（不修改）
class RealUserService implements UserService {
    @Override
    public String queryUserInfo(String userId) {
        // 模拟数据库查询
        return "用户信息：ID=" + userId + ", 姓名=张三, 年龄=25";
    }
}

// 3. 代理类：控制访问并增强功能（权限校验+日志记录）
class UserServiceProxy implements UserService {
    private final UserService realService;  // 持有真实主题引用
    private final String currentUserRole;   // 当前用户角色（可通过构造注入）

    public UserServiceProxy(UserService realService, String currentUserRole) {
        this.realService = realService;
        this.currentUserRole = currentUserRole;
    }

    @Override
    public String queryUserInfo(String userId) {
        // 前置逻辑：权限校验
        if (!"admin".equals(currentUserRole)) {
            throw new SecurityException("无权限查询用户信息");
        }

        // 调用真实对象方法
        String result = realService.queryUserInfo(userId);

        // 后置逻辑：日志记录
        System.out.println("日志：用户" + getCurrentUserId() + "查询了用户" + userId + "的信息");

        return result;
    }

    // 模拟当前用户ID（假设）
    private String getCurrentUserId() {
        return "admin_123";
    }
}

// 4. 客户端使用：仅依赖代理类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        UserService realService = new RealUserService();
        UserService proxy = new UserServiceProxy(realService, "admin");  // 注入当前用户角色

        try {
            String userInfo = proxy.queryUserInfo("1001");  // 客户端仅调用代理方法
            System.out.println(userInfo);
        } catch (SecurityException e) {
            System.out.println("错误：" + e.getMessage());
        }
    }
}

优势：

代码复用：权限校验、日志记录逻辑集中在代理类中，新增客户端无需重复编写。
可维护性高 ：修改校验规则（如支持super_admin角色）或日志格式时，仅需调整代理类。
访问控制：客户端仅能通过代理访问真实对象，避免直接修改真实对象状态或绕过校验。
解耦客户端与真实对象 ：客户端依赖接口（UserService），而非具体实现（RealUserService），符合依赖倒置原则。

局限：

类数量增加 ：每个需要代理的主题需定义对应的代理类（如UserServiceProxy），可能增加系统类膨胀（动态代理可缓解此问题）。
代理逻辑侵入：若代理需要添加大量额外逻辑（如多个校验步骤），可能导致代理类代码冗余（可通过组合模式或AOP优化）。
性能开销：代理方法调用需经过额外逻辑（如校验、日志），可能轻微影响性能（对性能敏感场景需权衡）。

模式变体

静态代理：代理类在编译期手动编写（如上述案例），灵活性低但性能高（无反射开销）。
动态代理：运行时通过反射生成代理类（如JDK动态代理、CGLIB），支持为多个接口动态生成代理，减少代码冗余（适用于Spring AOP）。
远程代理（Remote Proxy） ：封装远程服务调用（如RPC框架中的Stub和Skeleton），隐藏网络通信细节（如Dubbo的服务消费者代理）。
虚拟代理（Virtual Proxy）：延迟创建真实对象（如图片懒加载，仅用户查看时加载真实图片资源）。
保护代理（Protection Proxy） ：控制对真实对象的访问权限（如Spring Security的MethodSecurityInterceptor）。
缓存代理（Cache Proxy）：缓存真实对象的方法结果（如MyBatis的二级缓存代理）。

最佳实践

建议	理由
代理类实现主题接口	确保代理与真实对象行为一致，客户端无感知（符合里氏替换原则）。
代理职责单一	仅处理访问控制或功能增强，不添加与核心逻辑无关的业务规则（避免代理类膨胀）。
使用动态代理减少冗余	对于需要为多个接口生成代理的场景（如Spring AOP），动态代理可避免手动编写多个静态代理类。
明确代理的创建方式	通过工厂类或依赖注入（如Spring的`@Bean`）创建代理对象，提高测试灵活性（支持Mock真实对象）。
控制代理的粒度	避免为单个方法生成代理（如仅对`queryUserInfo`添加日志），保持代理的通用性。
文档说明代理行为	在代理类注释中明确说明其添加的额外逻辑（如"此代理会校验管理员权限并记录日志"），便于维护。

一句话总结

代理模式通过引入代理对象控制对真实对象的访问，在不修改真实对象的前提下扩展其功能，是实现访问控制、功能增强和系统解耦的经典工具。

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