总之,代理模式通过在客户端和服务器之间设置代理,隐藏了服务器的位置和通信细节,简化了客户端的设计,并提高了系统的可扩展性和灵活性。
观察者设计模式(Observer Pattern)和代理设计模式(Proxy Pattern)是两种常用的设计模式,它们在某些方面有着相似之处,但也有各自独特的特点和应用场景。观察者模式和代理模式的关系和演变相关概述:
观察者模式(Observer Pattern)是一种设计模式,它允许多个观察者对象监听一个主题对象的状态变化。当主题对象状态发生变化时,会通知所有的观察者对象。这种模式通常用于实现分布式事件处理系统,多个客户端需要知道某个值或状态的变化。
代理模式(Proxy Pattern)在观察者模式的基础上增加了一个代理层,代理对象充当客户端和主题之间的中介。代理模式通常用于控制对主题的访问,可以用于远程对象通信、延迟初始化、访问控制等场景。
代理模式可以被视为观察者模式的分布式版本,它提供了类似于数据总线模式(Data Bus Pattern)的功能。在代理模式中,服务器和客户端最终直接连接,客户端需要预先知道如何联系服务器。
在代理模式的结构中,客户端代理(Client-side Proxies)订阅服务器端代理(Server-side Proxies),这些服务器端代理由具体的服务器(Concrete Servers)控制并发布数据。当具体的服务器调用发送(send)操作时,所有远程客户端代理都会被通知新数据。
代理模式的一个关键优势是它隔离了主题,使得服务器可能是远程的这一事实对客户端透明。客户端不需要区分远程和本地客户端,代理模式还封装了如何联系服务器的知识,如果通信媒介发生变化,需要更新的类更少。
代理模式的一个扩展是中介模式(Broker Pattern),它通过包含一个代理(Broker)——一个对客户端和服务器都可见的“对象引用仓库”——来扩展代理模式。代理模式通过代理解决了潜在的服务器远程性的透明性问题,以及隐藏和封装如何联系这些远程服务器的手段。
代理模式和观察者模式的实现策略在客户端方面是相似的。例如,抽象客户端对象订阅客户端代理,就像在观察者模式中,具体客户端订阅具体服务器一样。
代理模式和观察者模式的区别主要在于代理模式在抽象客户端和抽象主题之间添加了代理。代理模式的结构清晰地显示了它从观察者模式演变而来。
总结来说,观察者模式主要用于单个服务器与多个客户端之间的信息共享,而代理模式则在观察者模式的基础上增加了代理层,使得客户端可以透明地处理远程服务器。代理模式的出现是为了解决分布式系统中的一些特定问题,如远程服务器的透明性和通信细节的封装。在设计分布式系统时,根据系统的具体需求和约束,观察者模式可能会演变为代理模式。
这些角色共同定义了代理模式中的协作机制,使得客户端和服务器端能够有效地进行通信和数据交换。
本地侧实现策略:
远程侧实现策略:
适用场景:
代理模式的核心优势:
缺点:
这些模式通常在分布式系统设计中使用,以便在多个处理器或不同的地址空间之间共享数据和服务。代理模式特别关注隐藏服务器可能的远程性和隐藏联系远程服务器的方式,而中介模式则允许客户端动态地发现和调用服务。
图8-13:代理模式示例结构
图8-14:代理模式示例场景
这个例子展示了如何在分布式系统中使用代理模式来管理不同处理器之间的通信。该模式通过使用代理来抽象服务器和客户端之间的细节,代理处理通信和数据交付的细节,允许客户端像与本地服务器交互一样与远程服务器交互。
代理模式(Proxy Pattern)主要解决的问题是如何在客户端和服务端之间提供一个中介层,以控制这种访问,常见的应用场景包括远程代理、虚拟代理、保护代理和智能引用等。代理模式的核心是为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。
具体到嵌入式系统开发中,代理模式可以解决的问题有:
远程通信的封装:当嵌入式设备需要通过网络与远程服务器或其他设备进行通信时,代理可以作为客户端和服务端之间的中介,将远程调用封装起来,使得客户端可以像访问本地对象一样透明地使用远程服务。
当设计嵌入式设备进行远程通信的封装时,需要考虑的关键因素包括通信效率、数据安全性、错误处理机制以及系统资源的有效管理。下面是一些步骤和策略来实现远程通信的封装:
通过采取这些步骤和策略,你可以为嵌入式设备设计一套稳健的远程通信封装体系,确保通信的可靠性、安全性和高效性。
资源访问控制:在处理器资源有限的嵌入式环境中,代理模式可以用来控制对重要资源的访问,如通过保护代理确保只有具有适当权限的代码才能访问某些关键资源。
在资源受限的嵌入式环境中,使用设计模式来控制对关键资源的访问是提高系统安全性和稳定性的重要手段。代理模式作为一种结构型设计模式,非常适合用来实现资源的访问控制。以下是使用代理模式进行资源访问控制的一般步骤和实现方法:
步骤1:定义资源接口
首先,定义一个资源接口,它规定了对资源进行操作的方法。
class IResource {
public:
virtual void Access() = 0;
};
步骤2:实现真实资源类
然后,实现具体的资源类,这个类将包含实际的资源操作逻辑。
class RealResource : public IResource {
public:
void Access() override {
// 实际的资源操作
}
};
步骤3:创建保护代理类
接下来,创建一个代理类,它实现了同样的资源接口,并在内部持有一个真实资源类的引用。代理类将负责检查调用者是否有权访问资源,并在有权的情况下委托给真实资源类。
class ProxyResource : public IResource {
private:
RealResource\* realResource;
bool CheckAccess() {
// 检查访问权限
return true; // 假定权限检查通过
}
public:
ProxyResource(RealResource\* resource) : realResource(resource) {}
void Access() override {
if (CheckAccess()) {
realResource->Access();
}
}
};
步骤4:使用代理控制资源访问
在系统中,使用代理类的实例来控制对真实资源的访问。客户端代码不再直接与真实资源类进行交互,而是通过代理类来实现访问控制。
RealResource realResource;
ProxyResource proxy(&realResource);
proxy.Access(); // 客户端通过代理访问资源
通过这种方式,代理模式能够在不改变客户端代码的情况下,为资源访问添加一层安全检查,保护关键资源不被未授权的访问。同时,它也方便了对权限逻辑的维护,因为所有的权限检查都集中在代理类中,而不是散布在各个客户端代码中。在嵌入式系统中这种严格的资源访问控制尤为重要,因为资源通常非常有限,且系统的稳定性和安全性要求高。
3. 延迟加载和初始化:虚拟代理允许延迟对象的创建和初始化,这在嵌入式系统中尤其有用,因为它可以节省宝贵的启动时间和内存资源,仅在实际需要时才加载重要的资源。
延迟加载(Lazy Loading)和初始化是一种设计模式,它可以在嵌入式系统开发中发挥重要作用,特别是在资源受限的情况下。使用虚拟代理(Virtual Proxy)设计模式可以实现这种延迟初始化的机制。
在嵌入式系统中实现延迟加载和初始化通常需要以下步骤:
class Subject {
public:
virtual void doSomething() = 0;
};
// 真实类
class RealSubject : public Subject {
public:
void doSomething() override {
std::cout << "Do something in real subject." << std::endl;
}
};
// 代理类
class ProxySubject : public Subject {
private:
RealSubject* realSubject;
public:
ProxySubject() {
realSubject = nullptr;
}
virtual void doSomething() override {
if (realSubject == nullptr) {
realSubject = new RealSubject();
}
realSubject->doSomething();
}
};
// 客户端
class Client {
public:
static void main() {
Subject* subject = new ProxySubject();
subject->doSomething();
}
};
// 真实类
struct RealSubject {
void doSomething() {
printf("Do something in real subject.\n");
}
};
// 代理类
struct ProxySubject {
struct RealSubject* realSubject;
ProxySubject() {
realSubject = NULL;
}
void doSomething() {
if (realSubject == NULL) {
realSubject = malloc(sizeof(struct RealSubject));
new(realSubject) RealSubject();
}
realSubject->doSomething();
}
};
// 客户端
int main() {
struct Subject* subject = malloc(sizeof(struct ProxySubject));
new(subject) ProxySubject();
subject->doSomething();
return 0;
}
在嵌入式系统中应用延迟加载和初始化的好处包括:
在嵌入式系统中成功实现延迟加载和初始化,需要仔细分析系统的使用模式,确保在不影响用户体验的情况下,合理地进行资源管理和调度。同时,也要确保虚拟代理的设计和实现不会引入额外的复杂性和潜在的错误。
4. 接口和实现分离:代理模式提供了一种分离接口和实现的机制,这有助于在不更改客户端代码的情况下替换或更新系统组件,这在嵌入式设备的固件升级和维护中尤为重要。
接口和实现分离是设计高质量软件系统的核心原则之一,代理模式则是实现这一原则的有效方式。在嵌入式系统开发中,应用代理模式可以带来一系列的好处:
在实施代理模式时,主要步骤包括:
当设计嵌入式软件时,需要考虑系统的资源限制、性能要求和安全性等因素。代理模式为您提供了额外的灵活性,以应对这些挑战,并确保软件能够有效适应不断变化的需求。在使用代理模式时,还应当注意减少因引入额外的抽象层而可能增加的系统开销,特别是在资源非常有限的嵌入式环境中。
5. 性能优化:代理可以缓存请求和响应,减少实际函数/方法调用的次数,这有助于优化系统性能,尤其在网络延迟敏感或带宽受限的嵌入式应用中。
代理模式可以通过缓存请求和响应来实现性能优化。当客户端调用代理类的方法时,代理类会先检查缓存中是否存在相应的请求和响应。如果存在,代理类会直接返回缓存中的响应。如果不存在,代理类会调用真实类的方法,并将请求和响应缓存在本地,从而降低对远程服务器的频繁访问需求,减少网络通信所需的时间和带宽消耗。。
例如,在一个网络应用中,客户端需要频繁访问一个远程服务器。如果直接调用远程服务器,每次调用都会产生网络延迟和带宽消耗。通过代理模式,代理类可以缓存远程服务器的响应。当客户端再次调用相同的请求时,代理类可以直接返回缓存中的响应,避免了再次访问远程服务器。
以下是使用代理缓存进行性能优化的一些关键步骤和考虑事项:
代理缓存的实施需要结合具体的嵌入式系统及其应用场景来具体设计。例如,一个嵌入式设备可能具有有限的计算能力和存储资源,实施代理缓存时需要特别考虑如何最小化资源消耗同时最大化性能提升。此外,缓存数据的安全性也是一个重要考虑点,必须确保敏感数据不会被未经授权的用户访问。
综上所述,代理缓存是一种强大的性能优化手段,但必须谨慎设计和实施以确保系统的稳定性和数据的安全性。
总的来说,代理模式提供了一种有效的设计方法来解决嵌入式系统中的对象访问控制、资源管理和远程通信等问题,它有助于提高系统的灵活性、安全性和可维护性。