代理模式-访问对象的代理而非其本身

2021 年 1 月 11 日
笔记
设计模式

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本篇来介绍代理模式（Proxy Design Pattern），通过代理模式可以控制和管理对象的访问。

1，代理模式

代理模式为对象提供一个代理，来控制对该对象的访问。代理代表了原始对象，而不是真实的对象本身。

代理模式在不改变原始类代码的情况下，通过引入代理类来给原始类附加功能。

代理模式的类图如下：

RealSubject 是原始类，Proxy 代理类，它们都实现了 Subject 接口，这使得代理类可以取代原始类。

原始类通常在代理类的后面，客户端不会直接访问原始类，而是只访问代理类。代理类在收到客户端的请求之后，会替客户端去访问原始类，然后将结果返回给客户端。

代理类中保存了原始类对象的引用，代理类的实际操作还是通过调用原始类来完成，但代理类除了完成原始类的基本功能之外，还可以添加一些其它必要的功能。

这看起来，代理模式很像装饰器模式，但它们的设计意图是不一样的。代理模式的目的是为了控制和管理原始对象的访问；而装饰器模式是为了增强原有对象的能力，而且往往一个对象会被一个或多个装饰器多次包装。

2，代理模式示例

下面通过一个简单的例子，来看下如何使用代理模式。

假如我们现在有一个类 Server：

class Server {
    public void handleRequest() {
        // 处理过程
        System.out.println("handle client request.");
    }
}

Server 类中有一个 handleRequest 方法，用于处理客户端请求。

现在我们想统计处理客户端请求需要的时间，最简单直接的做法是在 handleRequest 方法中添加计算时间的代码，如下：

public void handleRequest() {
    long startTime = System.currentTimeMillis();

	// 处理过程
    System.out.println("handle client request.");

    long endTime = System.currentTimeMillis();

    long reqTime = endTime - startTime;
    System.out.println(reqTime);
}

这样做的缺点是，在正常的业务处理流程中，添加了一些无关代码，使得统计代码与业务代码耦合在一起。

这种情况，就可以使用代理模式来处理，而无需改动原有代码。

首选创建一个接口 ServerInterface，让代理类和原始类都继承该接口。

interface ServerInterface {
    void handleRequest();
}

原始类实现 ServerInterface 接口，Server 只需专注业务处理：

class Server implements ServerInterface {
    public void handleRequest() {
        // 处理过程
        System.out.println("handle client request.");
    }
}

下面创建代理类，负责统计时间：

class ServerProxy implements ServerInterface {
    private Server server;

    public ServerProxy(Server server) {
        this.server = server;
    }

    public void handleRequest() {
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        // 调用原始类
        server.handleRequest();

        long endTime = System.currentTimeMillis();

        long reqTime = endTime - startTime;
        System.out.println(reqTime);
    }
}

ServerProxy 中保存了 Server 对象的引用，会在必要的时候调用原始类，从而完成原始类的功能。

之后，客户端只需要与代理交互，而不需要跟原始类交互。

可以看到，这种实现方式并没有直接修改 Server，而是创建了 Server 的代理，避免给 Server 带来不必要的麻烦。

使用继承的方式来实现代理

上面这种代理的实现方式，使用的是组合的方式，也就是代理类中保存了一个原始类对象的引用。

如果在实际的项目中，原始类来自第三方库，这样就不能让原始类实现一个接口，因为我们不能修改第三方库。

此时，为了使用代理模式，可以继承的方式，也就是让代理类继承原始类，如下：

class ServerProxy extends Server {
    public void handleRequest() { 
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        // 调用原始类
        super.handleRequest();

        long endTime = System.currentTimeMillis();

        long reqTime = endTime - startTime;
        System.out.println(reqTime);
    }
}

此时，代理模式的类图就变成了下面这样：

3，代理模式的应用

代理模式有很多的应用场景，下面来看一些常用的。

远程代理

远程代理用于控制访问远程对象，客户端与原始类在不同的地址空间中，远程代理通过网络来为客户端提供服务。

远程代理的架构图如下：

上图中的客户辅助对象就是代理，客户端将请求发给代理，代理将请求通过网络转发给服务辅助对象。

服务辅助对象接收代理的请求后，再将请求转给真实的服务对象，服务对象处理完请求后，再将处理结果一步步的传给客户端。

在 Java 中可以通过 RMI 来构建远程代理服务。

虚拟代理

虚拟代理用于控制访问创建开销大的资源，它作为创建开销大的对象的代表。

在虚拟代理中，只有我们真正需要一个对象的时候，才会创建它。

在对象创建完成之前，由虚拟代理来处理客户端的访问；在对象创建之后，虚拟代理将客户端的请求委托给真实对象处理。

保护代理

保护代理基于访问权限来控制对资源的访问，保护代理可以不让客户端访问某些资源。

防火墙代理

防火墙代理用于控制网络资源的访问，使资源免于“坏客户”的攻击。

智能引用代理

当资源被引用时，计算资源被引用的次数。

缓存代理

为开销大的资源提供暂存服务，以减少计算和网络延迟。

4，动态代理

代理模式有一个缺点，就是需要在代理类中实现原始类的所有方法，而且如果原始类很多的话，就需要创建很多的代理类，从而导致项目中类的数量倍增。如果代理类的功能相近的话，还会导致许多重复代码。

为了解决这个问题，可以使用动态代理。动态代理不需要事先为每个原始类编写代理类，而是在运行时，动态的为原始类创建代理类，然后用代理类来替换原始类。

在 Java 中可以使用 java.lang.reflect 包中的 Proxy 类和 InvocationHandler 接口来实现动态代理，其中用到了Java 反射的原理。

5，总结

代理模式提供了一个原有服务的代理，这样使得客户不直接访问原有服务，而是通过代理间接访问原服务，达到了控制原有服务访问的目的。

代理模式可以用组合与继承两种方式来实现。代理模式有时候会导致代理类过多和代码重复的问题，这个问题可以用动态代理来解决。

有时候代理模式看起来像是装饰者模式，但它们的设计意图是不一样的。

代理模式的应用场景有很多，比如远程代理，虚拟代理，保护代理等。

（本节完。）

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