设计模式与范式 --- 结构型模式（代理模式）

1.写在前

代理模式(Proxy): 为其他对象提供一个代理,用来控制这个对象的访问。

解读：使用代理模式以后，客户端直接访问代理，代理在客户端和目标对象之间起到中介的作用。

案例分析：

当我们开发了一个 MetricsCollector 类，用来收集接口请求的原始数据，比如访问时间、处理时长等。具体代码如下：

当我们开发了一个 MetricsCollector 类，用来收集接口请求的原始数据，比如访问时间、处理时长等。具体代码如下：

public class UserController {
  //...省略其他属性和方法...
  private MetricsCollector metricsCollector; //依赖注入
  public UserVo login(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
    // ... 省略login逻辑...
    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
      
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("login", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
    //...返回UserVo数据...
  }
    
  public UserVo register(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
    // ... 省略register逻辑...
    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
      
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("register", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
    //...返回UserVo数据...
  }
}

上述代码存在的问题：非业务代码和业务代码耦合！

• 第一，性能计数器框架代码侵入到业务代码中，跟业务代码高度耦合。

• 第二，收集接口请求的代码跟业务代码无关，本就不应该放到一个类中。

2.重构方案

（1）优化方案1：原始类和代理类实现相同的接口

为了将框架代码和业务代码解耦，代理模式就派上用场了。

具体操作：代理类 UserControllerProxy 和原始类 UserController 实现相同的接口 IUserController。UserController 类只负责业务功能。代理类 UserControllerProxy 负责在业务代码执行前后附加其他逻辑代码，并通过委托的方式调用原始类来执行业务代码。

具体操作：代理类 UserControllerProxy 和原始类 UserController 实现相同的接口 IUserController。UserController 类只负责业务功能。代理类 UserControllerProxy 负责在业务代码执行前后附加其他逻辑代码，并通过委托的方式调用原始类来执行业务代码。

//1.抽象角色：抽象主题类的主要职责是生命真实主题和代理的共同接口方法，该类可以是接口，也可以是抽象类。
public interface IUserController {
  UserVo login(String telephone, String password);
  UserVo register(String telephone, String password);
}

//2.原始类/被代理类（RealSubject）：定义了代理所表示的真实对象，只负责系统中的真正的业务逻辑对象
public class UserController implements IUserController {
  //...省略其他属性和方法...
  @Override
  public UserVo login(String telephone, String password) {
    //...省略login逻辑...
    //...返回UserVo数据...
  }
  @Override
  public UserVo register(String telephone, String password) {
    //...省略register逻辑...
    //...返回UserVo数据...
  }
}

//3.代理类：具有RealSubject的引用，具备完全的对RealSubject的代理权，客户端调用代理对象的方法，也调用被代理对象的方法，但是会在代理对象前后增加一些逻辑代码。
public class UserControllerProxy implements IUserController {
  private MetricsCollector metricsCollector;
  private UserController userController;
  public UserControllerProxy(UserController userController) {
    this.userController = userController;
    this.metricsCollector = new MetricsCollector();
  }
  @Override
  public UserVo login(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
    // 委托处理
    UserVo userVo = userController.login(telephone, password);
    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("login", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
    return userVo;
  }
  @Override
  public UserVo register(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
    UserVo userVo = userController.register(telephone, password);
    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("register", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
    return userVo;
  }
}

//UserControllerProxy使用举例
//因为原始类和代理类实现相同的接口，是基于接口而非实现编程！！！
//将UserController类对象替换为UserControllerProxy类对象，不需要改动太多代码
IUserController userController = new UserControllerProxy(new UserController());

（2）优化方案2：代理类继承原始类

如果如果原始类并没有定义接口，并且原始类代码并不是我们开发维护的（比如它来自一个第三方的类库），我们也没办法直接修改原始类，给它重新定义一个接口。

具体操作：对于这种外部类的扩展，我们一般都是采用继承的方式。我们让代理类继承原始类，然后扩展附加功能。

// 代理类继承原始类
public class UserControllerProxy extends UserController {
  private MetricsCollector metricsCollector;
  public UserControllerProxy() {
    this.metricsCollector = new MetricsCollector();
  }
    
  public UserVo login(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
    UserVo userVo = super.login(telephone, password);
    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("login", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
    return userVo;
  }
    
  public UserVo register(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
    UserVo userVo = super.register(telephone, password);
    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("register", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
    return userVo;
  }
}

//UserControllerProxy使用举例
UserController userController = new UserControllerProxy();

上文的代码实现还是有点问题：

• 一方面，我们需要在代理类中，将原始类中的所有的方法，都重新实现一遍，并且为每个方法都附加相似的代码逻辑。
• 另一方面，如果要添加的附加功能的类有不止一个（这里只包括登录注册功能），我们需要针对每个类都创建一个代理类。
  （3）优化方案3：动态代理原理解析

动态代理（Dynamic Proxy），就是我们不事先为每个原始类编写代理类，而是在运行的时候，动态地创建原始类对应的代理类，然后在系统中用代理类替换掉原始类。实际上，动态代理底层依赖的就是java的反射语法。

public class MetricsCollectorProxy {
  private MetricsCollector metricsCollector;
  public MetricsCollectorProxy() {
    this.metricsCollector = new MetricsCollector();
  }
  
  // 动态创建代理
  public Object createProxy(Object proxiedObject) {
    Class[] interfaces = proxiedObject.getClass().getInterfaces();
    DynamicProxyHandler handler = new DynamicProxyHandler(proxiedObject);
    return Proxy.newProxyInstance(proxiedObject.getClass().getClassLoader(), interfaces, handler);
  }
    
  private class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
    private Object proxiedObject;
    public DynamicProxyHandler(Object proxiedObject) {
      this.proxiedObject = proxiedObject;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
      long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
      Object result = method.invoke(proxiedObject, args);
      long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
      long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
      String apiName = proxiedObject.getClass().getName() + ":" + method.getName();
      RequestInfo requestInfo = new RequestInfo(apiName, responseTime, startTimestamp);
      metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
      return result;
    }
  }
}
//MetricsCollectorProxy使用举例
MetricsCollectorProxy proxy = new MetricsCollectorProxy();
IUserController userController = (IUserController) proxy.createProxy(new UserController());

3.应用场景

（1）业务系统的非功能性开发

• 比如：监控、统计、鉴权、限流、事务、幂等、日志。我们将这些附加功能（非功能性开发）与业务功能解耦，放到代理类中统一处理，让程序员只需要关注业务方面的开发。

（2）在RPC和缓存中应用

• 实际上，RPC框架也可以看作一种代理模式，GoF 的《设计模式》一书中把它称作远程代理。通过远程代理，将网络通信、数据编解码等细节隐藏起来。客户端在使用 RPC 服务的时候，就像使用本地函数一样，无需了解跟服务器交互的细节。

• 在缓存中的应用：

  • 假设我们要开发一个接口请求的缓存功能，对于某些接口请求，如果入参相同，在设定的过期时间内，直接返回缓存结果，而不用重新进行逻辑处理。

  • 在应用启动的时候，我们从配置文件中加载需要支持缓存的接口，以及相应的缓存策略（比如过期时间）等。当请求到来的时候，我们在 AOP 切面中拦截请求，如果请求中带有支持缓存的字段（比如 http://…?..&cached=true），我们便从缓存（内存缓存或者 Redis 缓存等）中获取数据直接返回。

4.总结与补充

代理模式的优点：降低了系统的耦合性，将框架代码（非业务代码/附加功能）和业务代码解耦。

• 职责清晰

• 扩展性高

缺点：由于多了一个代理对象，可能会使请求的处理速度变慢。有些代理的实现较为复杂。

补充：通过对访问的代理，我们可以用远程代理、虚拟代理、安全代理等，来减少直接对对象访问产生的开销，即不同类型的代理可以对客户端对对象的访问进行不同的控制：

• 远程代理：使得客户端可以访问在远程机器上的对象，远程机器可能具有更好的计算性能与处理速度，可以快速响应并处理客户端请求。

• 虚拟代理：通过使用一个小对象来代表一个大对象，可以减少系统资源的消耗，对系统进行优化并提高运行速度。

• 保护代理：可以控制客户端对真实对象的使用权限。

5.参考

《设计模式之美》 --- 王争

https://www.jianshu.com/p/35918f6946a6

https://www.jianshu.com/p/53388cb1e4e7