二十三种设计模式-代理模式

一、定义与核心思想

代理模式是一种结构型设计模式，其核心思想是提供一个代理对象，用以控制对实际对象的访问。通过代理对象，可以在不改变实际对象的情况下，添加各种功能，如权限控制、懒加载、缓存、远程调用等。

二、组成要素

代理模式主要由以下几个要素组成：

抽象主题（Subject）
- 这是一个接口或抽象类，定义了代理对象和实际对象共同的接口，使得代理对象可以在客户端中替代实际对象使用。
- 例如，定义一个Subject接口，其中声明了request()方法。
实际主题（RealSubject）
- 实现抽象主题接口的具体类，定义了代理所代表的真实对象。实际主题对象实现了业务逻辑，是客户端最终需要调用的对象。
- 例如，RealSubject类实现了Subject接口，在request()方法中实现了具体的业务逻辑。
代理（Proxy）
- 也实现了抽象主题接口，内部包含一个对实际主题对象的引用。代理对象在调用实际主题对象的方法前后可以添加额外的逻辑，从而控制对实际主题对象的访问。
- 例如，Proxy类实现了Subject接口，并且有一个RealSubject类型的成员变量。在request()方法中，代理对象可以进行权限检查、日志记录等操作，然后调用实际主题对象的request()方法。

三、实现示例

以下是使用Java语言实现代理模式的一个简单示例：

// 抽象主题接口
interface Subject {
    void request();
}

// 实际主题类
class RealSubject implements Subject {
    @Override
    public void request() {
        System.out.println("实际对象的请求");
    }
}

// 代理类
class Proxy implements Subject {
    private RealSubject realSubject;

    @Override
    public void request() {
        preRequest();
        if (realSubject == null) {
            realSubject = new RealSubject();
        }
        realSubject.request();
        postRequest();
    }

    private void preRequest() {
        System.out.println("代理对象的预处理操作，如权限检查");
    }

    private void postRequest() {
        System.out.println("代理对象的后处理操作，如日志记录");
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Subject proxy = new Proxy(); // 直接创建代理对象
        proxy.request(); // 通过代理对象调用方法
    }
}

在这个示例中，客户端通过代理对象proxy调用request()方法。代理对象在调用实际主题对象RealSubject的request()方法前后，分别进行了预处理和后处理操作，如权限检查和日志记录。

四、优点

职责分离
- 代理对象可以将客户端与实际主题对象解耦，使得客户端不需要直接与实际主题对象交互，从而降低了系统的耦合度。
功能扩展
- 代理对象可以在不修改实际主题对象的情况下，添加各种功能，如权限控制、缓存、懒加载等，符合开闭原则。
控制访问
- 代理对象可以控制对实际主题对象的访问，例如，根据用户的权限决定是否允许调用实际主题对象的方法。
远程调用
- 代理对象可以处理远程方法调用的细节，如网络通信、序列化/反序列化等，使得客户端可以透明地调用远程对象的方法。
延迟加载
- 代理对象可以实现懒加载，只有在第一次调用方法时才创建实际主题对象，从而提高系统的性能。

五、缺点

增加复杂性
- 代理模式会增加系统的复杂性，因为需要创建额外的代理类和管理代理对象与实际对象之间的关系。
性能开销
- 代理对象的调用会增加额外的性能开销，特别是当代理对象的逻辑比较复杂时，可能会对系统的性能产生一定的影响。

六、应用场景

权限控制
- 通过代理对象可以控制对实际对象的访问权限，例如，根据用户的权限决定是否允许调用某个方法或访问某个资源。
- 例如，实现一个权限控制代理，只有具备相应权限的用户才能通过代理对象调用实际对象的方法。
远程调用
- 代理对象可以处理远程方法调用的细节，使得客户端可以透明地调用远程服务器上的方法。
- 例如，使用RMI（Remote Method Invocation）技术实现远程对象调用，客户端通过代理对象调用远程服务器上的方法。
懒加载
- 代理对象可以实现懒加载，只有在第一次调用方法时才创建实际对象，从而提高系统的性能。
- 例如，加载一个大型的数据库连接对象时，可以使用懒加载代理来延迟创建连接对象，直到真正需要使用时才创建。
缓存
- 代理对象可以缓存方法的调用结果，当再次调用相同的方法时，直接返回缓存的结果，从而提高系统的性能。
- 例如，缓存网页的静态内容，当用户再次请求相同的内容时，直接从缓存中获取，而不需要重新生成。
日志记录
- 代理对象可以在调用实际对象的方法前后记录日志，用于监控和调试。
- 例如，记录方法的调用时间、参数、返回值等信息，帮助开发者进行问题定位和性能优化。

七、动态代理

除了静态代理，Java还支持动态代理。动态代理可以在运行时动态创建代理对象，而不需要在编译时定义代理类。动态代理主要使用java.lang.reflect.Proxy类和java.lang.reflect.InvocationHandler接口来实现。

动态代理示例

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

// 抽象主题接口
interface Subject {
    void request();
}

// 实际主题类
class RealSubject implements Subject {
    @Override
    public void request() {
        System.out.println("实际对象的请求");
    }
}

// 调用处理器
class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Object target;

    public MyInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        preRequest();
        Object result = method.invoke(target, args);
        postRequest();
        return result;
    }

    private void preRequest() {
        System.out.println("代理对象的预处理操作，如权限检查");
    }

    private void postRequest() {
        System.out.println("代理对象的后处理操作，如日志记录");
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Subject realSubject = new RealSubject(); // 创建实际主题对象
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler(realSubject); // 创建调用处理器并传入实际主题对象

        Subject proxy = (Subject) Proxy.newProxyInstance(
            Subject.class.getClassLoader(), // 目标类加载器
            new Class<?>[]{Subject.class}, // 目标类实现的接口
            handler // 调用处理器
        );

        proxy.request(); // 通过代理对象调用方法
    }
}

在这个示例中，客户端通过Proxy.newProxyInstance方法动态创建了一个代理对象proxy。代理对象的调用处理器MyInvocationHandler在调用实际主题对象RealSubject的方法前后，分别进行了预处理和后处理操作。

总结

代理模式通过代理对象控制对实际对象的访问，可以在不修改实际对象的情况下，添加各种功能，如权限控制、懒加载、缓存、远程调用等。代理模式在实际开发中非常有用，选择静态代理还是动态代理取决于具体的需求和场景。

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