Java设计模式 十三 代理模式 (Proxy Pattern)
代理模式 (Proxy Pattern)
代理模式是一种结构型设计模式，它为其他对象提供一种代理（或占位符）以控制对该对象的访问。通过代理模式，我们可以在不修改目标对象的情况下，控制对其的访问，添加额外的功能，比如懒加载、权限检查、日志记录等。
代理模式主要通过为目标对象创建一个代理对象来代替真实对象，代理对象可以控制对目标对象的访问，并可以在访问时提供附加功能。
1. 代理模式的组成
代理模式通常包括以下角色：
- Subject（主题角色）： 定义了真实对象和代理对象的公共接口。真实对象和代理对象都需要实现这个接口。
- RealSubject（真实主题角色）： 真实对象，定义了实际的业务操作逻辑。客户端可以通过代理对象来访问真实主题。
- Proxy（代理角色）： 代理对象，控制对真实对象的访问。代理对象可能会执行一些额外的操作（如权限检查、日志记录等），然后再委托给真实对象处理。
- Client（客户端）： 客户端通过代理对象来访问目标对象，而不是直接访问真实对象。
2. 代理模式的优点
- 透明化访问： 客户端无需知道自己是在访问代理对象还是实际对象，代理对象通过与实际对象相同的接口来提供服务，提供了透明的访问方式。
- 增强功能： 通过代理对象，能够在不改变目标对象的情况下，给目标对象添加额外的功能（如延迟加载、缓存、权限控制等）。
- 延迟加载： 可以在代理对象中实现延迟加载，直到真正需要时才初始化目标对象。
- 控制访问： 可以在代理对象中控制对真实对象的访问，比如添加安全检查、日志记录等功能。
3. 代理模式的缺点
- 性能开销： 代理模式可能会引入一些额外的性能开销，特别是代理对象需要进行额外的逻辑处理时，可能会影响性能。
- 增加复杂性： 代理模式会增加系统的复杂性，因为它引入了代理对象并且需要协调代理和目标对象之间的关系。
4. 代理模式的实现
场景示例：银行账户的访问控制
假设我们有一个银行账户类，用户可以通过该类来进行资金的存取操作。为了安全起见，银行希望对这些操作进行日志记录和权限控制。因此，我们可以使用代理模式来实现：
- 客户端直接操作代理对象。
- 代理对象在执行操作前进行权限检查、日志记录等，然后调用真实的银行账户操作。
1) 定义主题接口
首先定义一个接口，表示银行账户的基本操作。
// 主题接口
public interface BankAccount {
void deposit(double amount);
void withdraw(double amount);
double getBalance();
}
2) 实现真实对象
真实对象实现了 BankAccount 接口，并提供具体的业务操作。
// 真实对象
public class RealBankAccount implements BankAccount {
private double balance;
public RealBankAccount(double initialBalance) {
this.balance = initialBalance;
}
@Override
public void deposit(double amount) {
balance += amount;
System.out.println("Deposited " + amount + ", New balance: " + balance);
}
@Override
public void withdraw(double amount) {
if (amount <= balance) {
balance -= amount;
System.out.println("Withdrew " + amount + ", New balance: " + balance);
} else {
System.out.println("Insufficient funds!");
}
}
@Override
public double getBalance() {
return balance;
}
}
3) 实现代理对象
代理对象实现了 BankAccount 接口，并在方法调用时添加额外的功能（如权限控制和日志记录）。
// 代理对象
public class BankAccountProxy implements BankAccount {
private RealBankAccount realBankAccount;
public BankAccountProxy(double initialBalance) {
realBankAccount = new RealBankAccount(initialBalance);
}
@Override
public void deposit(double amount) {
logAction("deposit", amount);
realBankAccount.deposit(amount);
}
@Override
public void withdraw(double amount) {
logAction("withdraw", amount);
realBankAccount.withdraw(amount);
}
@Override
public double getBalance() {
return realBankAccount.getBalance();
}
private void logAction(String action, double amount) {
System.out.println("Logging: Action = " + action + ", Amount = " + amount);
}
}
4) 客户端代码
客户端通过代理对象来进行存款和取款操作，而不需要直接与真实对象交互。
public class Client {
public static void main(String[] args) {
BankAccount account = new BankAccountProxy(1000);
// 客户端通过代理对象进行操作
account.deposit(500);
account.withdraw(200);
account.withdraw(1000);
System.out.println("Final balance: " + account.getBalance());
}
}
运行结果：
Logging: Action = deposit, Amount = 500.0
Deposited 500.0, New balance: 1500.0
Logging: Action = withdraw, Amount = 200.0
Withdrew 200.0, New balance: 1300.0
Logging: Action = withdraw, Amount = 1000.0
Withdrew 1000.0, New balance: 300.0
Final balance: 300.0
在这个例子中，代理对象 BankAccountProxy 在调用真实银行账户的操作之前进行了日志记录，增加了访问控制的功能，而客户端并不需要知道这些细节。
5. 代理模式的应用场景
- 远程代理： 当一个对象位于不同的地址空间时，使用代理对象来控制对远程对象的访问（例如，远程方法调用（RMI））。
- 虚拟代理： 延迟加载资源或对象，直到真正需要时才创建。例如，图像的加载和显示通常使用虚拟代理模式来避免不必要的资源加载。
- 保护代理： 控制对真实对象的访问权限，比如验证用户的身份或权限。
- 智能代理： 代理对象可以添加一些额外的功能，比如引用计数、缓存、内存管理等。
- 缓存代理： 在代理中实现缓存功能，减少真实对象的重复访问。
6. 代理模式与其他模式的比较
| 设计模式 | 主要用途 | 与代理模式的区别 |
|---|---|---|
| 装饰模式 | 动态地给对象添加额外的功能。 | 装饰模式通常是给对象添加行为，而代理模式是控制对对象的访问。 |
| 适配器模式 | 将接口转化为客户端期望的接口，使得两个不兼容的接口可以协同工作。 | 适配器模式用于接口适配，而代理模式用于控制访问。 |
| 单例模式 | 确保类只有一个实例并提供全局访问点。 | 单例模式通常是限制实例数量，而代理模式是控制对对象的访问。 |
7. 总结
代理模式是一种非常实用的设计模式，它通过引入代理对象来控制对真实对象的访问，从而为客户端提供附加的功能，比如权限控制、延迟加载、日志记录等。代理模式可以透明地为客户端提供真实对象的功能，同时避免客户端直接依赖目标对象，从而使得系统更具灵活性和可扩展性。
在实际应用中，代理模式可以应用于许多场景，如远程代理、虚拟代理、保护代理和智能代理等。通过使用代理模式，能够在不改变目标对象的情况下，为目标对象添加额外的功能，同时有效地控制对象的访问。