設計模式系列之代理模式(Proxy Pattern)——物件的間接訪問

行無際發表於2020-06-26
設計模式物件

說明：設計模式系列文章是讀劉偉所著《設計模式的藝術之道(軟體開發人員內功修煉之道)》一書的閱讀筆記。個人感覺這本書講的不錯，有興趣推薦讀一讀。詳細內容也可以看看此書作者的部落格https://blog.csdn.net/LoveLion/article/details/17517213

模式概述

近年來，代購已逐步成為電子商務的一個重要分支。何謂代購，簡單來說就是找人幫忙購買所需要的商品，當然你可能需要向實施代購的人支付一定的費用。代購通常分為兩種型別：一種是因為在當地買不到某件商品，又或者是因為當地這件商品的價格比其他地區的貴，因此託人在其他地區甚至國外購買該商品，然後通過快遞發貨或者直接攜帶回來；還有一種代購，由於消費者對想要購買的商品相關資訊的缺乏，自已無法確定其實際價值而又不想被商家宰，只好委託中介機構幫其講價或為其代買。

在軟體開發中，也有一種設計模式可以提供與代購類似的功能。由於某些原因，客戶端無法直接訪問某個物件或訪問某個物件存在困難時，可以通過一個稱之為“代理”的第三者來實現間接訪問，該方案對應的設計模式被稱為代理模式。

模式定義

代理模式(Proxy Pattern)：給某一個物件提供一個代理或佔位符，並由代理物件來控制對原物件的訪問。

代理模式是一種物件結構型模式。在代理模式中引入了一個新的代理物件，代理物件在客戶端物件和目標物件之間起到中介的作用，它去掉客戶不能看到的內容和服務或者增添客戶需要的額外的新服務。

模式結構圖

代理模式的結構比較簡單，其核心是代理類，為了讓客戶端能夠一致性地對待真實物件和代理物件，在代理模式中引入了抽象層，代理模式結構如下圖所示：

代理模式結構圖

代理模式包含如下三個角色：

  • Subject（抽象主題角色）：它宣告瞭真實主題和代理主題的共同介面，這樣一來在任何使用真實主題的地方都可以使用代理主題，客戶端通常需要針對抽象主題角色進行程式設計。

  • Proxy（代理主題角色）：它包含了對真實主題的引用，從而可以在任何時候操作真實主題物件；在代理主題角色中提供一個與真實主題角色相同的介面，以便在任何時候都可以替代真實主題；代理主題角色還可以控制對真實主題的使用，負責在需要的時候建立和刪除真實主題物件，並對真實主題物件的使用加以約束。通常，在代理主題角色中，客戶端在呼叫所引用的真實主題操作之前或之後還需要執行其他操作，而不僅僅是單純呼叫真實主題物件中的操作。

  • RealSubject（真實主題角色）：它定義了代理角色所代表的真實物件，在真實主題角色中實現了真實的業務操作，客戶端可以通過代理主題角色間接呼叫真實主題角色中定義的操作。

模式虛擬碼

代理模式的結構圖比較簡單，但是在真實的使用和實現過程中要複雜很多，特別是代理類的設計和實現。

抽象主題類宣告瞭真實主題類和代理類的公共方法，它可以是介面、抽象類或具體類，客戶端針對抽象主題類程式設計，一致性地對待真實主題和代理主題，典型的抽象主題類程式碼如下：

public interface Subject {
    void request();
}

真實主題類實現了抽象主題類，提供了業務方法的具體實現，其典型程式碼如下：

public class RealSubject implements Subject {
    @Override
    public void request() {
        //業務方法具體實現程式碼
    }
}

代理類也是抽象主題類的子類，它維持一個對真實主題物件的引用，呼叫在真實主題中實現的業務方法，在呼叫時可以在原有業務方法的基礎上附加一些新的方法來對功能進行擴充或約束，最簡單的代理類實現程式碼如下：

public class Proxy implements Subject {
    // 維持一個對真實主題物件的引用
    private RealSubject realSubject;

    public Proxy(RealSubject realSubject) {
        this.realSubject = realSubject;
    }

    public void preRequest() {
        // ...
    }

    public void postRequest() {
        // ...
    }

    @Override
    public void request() {
        preRequest();
        // 呼叫真實主題物件的方法
        realSubject.request();
        postRequest();
    }
}

模式應用

像上面代理類所實現的介面和所代理的方法都在程式碼中寫死，被稱之為靜態代理。如果要為不同類的不同方法生成靜態代理，代理類的數量將會發生爆炸。Java中也提供了對動態代理的支援。所謂動態代理(Dynamic Proxy)，是指系統執行時動態生成代理類。

JDK中提供的動態代理只能代理一個或者多個介面，如果需要動態代理具體類或者抽象類，可以使用CGLib(Code Generation Library)等工具。CGLib是一個功能較為強大、效能也較好的程式碼生成包，在許多AOP框架中得到廣泛應用。後面我會專門寫一篇探究動態代理實現的部落格，將全面細緻地介紹動態代理。

模式總結

代理模式是常用的結構型設計模式之一，它為物件的間接訪問提供了一個解決方案，可以對物件的訪問進行控制。代理模式型別較多，其中遠端代理、虛擬代理、保護代理等在軟體開發中應用非常廣泛。

主要優點

(1) 能夠協調呼叫者和被呼叫者，在一定程度上降低了系統的耦合度。

(2) 客戶端可以針對抽象主題角色進行程式設計，增加和更換代理類無須修改原始碼，符合開閉原則，系統具有較好的靈活性和可擴充套件性。

此外，不同型別的代理模式也具有獨特的優點，例如：

(1) 遠端代理為位於兩個不同地址空間物件的訪問提供了一種實現機制，可以將一些消耗資源較多的物件和操作移至效能更好的計算機上，提高系統的整體執行效率。

(2) 虛擬代理通過一個消耗資源較少的物件來代表一個消耗資源較多的物件，可以在一定程度上節省系統的執行開銷。

(3) 緩衝代理為某一個操作的結果提供臨時的快取儲存空間，以便在後續使用中能夠共享這些結果，優化系統效能，縮短執行時間。

(4) 保護代理可以控制對一個物件的訪問許可權，為不同使用者提供不同級別的使用許可權。

主要缺點

(1) 由於在客戶端和真實主題之間增加了代理物件，因此有些型別的代理模式可能會造成請求的處理速度變慢，例如保護代理。

(2) 實現代理模式需要額外的工作，而且有些代理模式的實現過程較為複雜，例如遠端代理。

適用場景

代理模式的型別較多，不同型別的代理模式有不同的優缺點，它們應用於不同的場合：

(1) 當客戶端物件需要訪問遠端主機中的物件時可以使用遠端代理。

(2) 當需要用一個消耗資源較少的物件來代表一個消耗資源較多的物件，從而降低系統開銷、縮短執行時間時可以使用虛擬代理，例如一個物件需要很長時間才能完成載入時。

(3) 當需要為某一個被頻繁訪問的操作結果提供一個臨時儲存空間，以供多個客戶端共享訪問這些結果時可以使用緩衝代理。通過使用緩衝代理，系統無須在客戶端每一次訪問時都重新執行操作，只需直接從臨時緩衝區獲取操作結果即可。

(4) 當需要控制對一個物件的訪問，為不同使用者提供不同級別的訪問許可權時可以使用保護代理。

(5) 當需要為一個物件的訪問（引用）提供一些額外的操作時可以使用智慧引用代理。

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