初識設計模式 - 代理模式
簡介
概念
舉個簡單的例說明代理模式就是：假如現在需要買一輛二手車，可以自己去找車源、做質量檢測等一系列車輛過戶的流程，但是這實在太浪費時間和精力了，其實可以通過找中介的方式，同樣會找車源、做質量檢測等一系列車輛過戶的流程，但是這樣自己就只需要選車、付錢即可。
分類
在實際開發中，代理模式根據其目的和實現方式的不同可分為很多種類，如下是常用的幾種代理模式：
- 遠端代理 ：為一個位於不同地址空間的物件提供一個本地的代理物件，這個不同的地址空間可以在同一臺主機中，也可以在另一臺主機中
- 虛擬代理 ：如果需要建立一個資源消耗較大的物件，可以先建立一個消耗相對較小的物件來表示，真實物件只有需要時才會被真正建立
- 保護代理 ：控制對一個物件的訪問，可以給不同使用者提供不同級別的使用許可權
- 緩衝代理 ：為某一個目標操作的結果提供臨時的儲存空間，以便多個客戶端可以共享這些結果
- 智慧引用代理 ：當一個物件被引用時，提供一些額外的操作，例如將物件被呼叫的次數記錄下來等
功能分類
遠端代理
遠端代理是一種常見的代理模式，遠端代理物件承擔了大部分的網路通訊工作，使得客戶端程式可以訪問在遠端主機上的物件。
對於客戶端而言，無需關心實現具體業務的是誰，只需要按照服務介面所定義的方法直接與本地主機中的代理物件互動即可。
在 Java 語言中，可以通過 RMI(Remote Method Invocation, 遠端方法呼叫) 機制來實現遠端代理。程式碼示例如下：
服務端部分代理
import java.net.MalformedURLException;
import java.rmi.Naming;
import java.rmi.Remote;
import java.rmi.RemoteException;
import java.rmi.registry.LocateRegistry;
import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;
// 遠端介面
public interface IMyRemote extends Remote {
String SayHello() throws RemoteException;
}
// 遠端介面實現 - 遠端物件
public class MyRemoteImpl extends UnicastRemoteObject implements IMyRemote {
public MyRemoteImpl() throws RemoteException {
super();
}
@Override
public String SayHello() throws RemoteException {
return "Server says, 'Hey'";
}
public static void main(String[] args) throws RemoteException, MalformedURLException {
IMyRemote service = new MyRemoteImpl();
// 啟動本地 RMI 服務，預設埠是 1099
LocateRegistry.createRegistry(1099);
// 註冊遠端物件
Naming.rebind("rmi://localhost:1099/RemoteHello", service);
}
}
客戶端部分代理
import java.net.MalformedURLException;
import java.rmi.Naming;
import java.rmi.NotBoundException;
import java.rmi.RemoteException;
public class MyRemoteClient {
private void go() throws RemoteException, NotBoundException, MalformedURLException {
IMyRemote service = (IMyRemote) Naming.lookup("rmi://localhost:1099/RemoteHello");
System.out.println(service.sayHello());
}
public static void main(String[] args) throws RemoteException, NotBoundException, MalformedURLException {
new MyRemoteClients().go();
}
}
虛擬代理
虛擬代理會在真實物件建立成功之前扮演其替身，而當真實物件建立成功之後，虛擬代理再將使用者的請求轉發給真實物件。
使用虛擬代理的場景非常容易理解，主要有以下兩種：
- 由於物件本身的複雜性或者網路等原因導致一個物件需要較長的載入時間，此時可以用一個載入時間相對較短的代理物件來代表真實物件，通常在實現時結合多執行緒使用
- 當一個物件的載入十分耗費系統資源的時候，也非常適合使用虛擬代理
具體實現
代理模式的具體實現從執行時的角度可以分成兩種：一種是靜態代理，即在程式碼執行之前就已經確定好代理關係；另一種是動態代理，可以在程式碼執行時才決定如何實現代理關係。
靜態代理
靜態代理是比較好理解的實現方式，在這種實現方式中，代理類所實現的介面和所代理的方法都被固定，需要在編譯期就預先對原始類編寫代理類。
基於介面
一般情況下，參考基於介面而非實現程式設計的設計思想，為了讓程式碼的改動儘量少，代理類和原始類應該實現同樣的介面。
如下是使用圖片展示作為例子的程式碼示例：
圖片 Image
介面：描述圖片具有的行為
public interface Image {
void display();
}
展示圖片 ShowImage
類：實際的圖片原始類
public class ShowImage implements Image {
public ShowImage() {}
@Override
public void display() {
System.out.println("ShowImage display!");
}
}
代理圖片 ProxyImage
類：在真實圖片前包裝一層的代理類
public class ProxyImage implements Image {
// 通過依賴注入的方式
private ShowImage showImage;
public ProxyImage(ShowImage showImage) {
this.showImage = showImage;
}
@Override
public void display() {
System.out.println("ProxyImage display start!");
this.showImage.display();
System.out.println("ProxyImage display end!");
}
}
基於繼承
如果原始類並沒有實現介面，並且原始類程式碼由其他人開發維護，可以通過代理類繼承原始類的方法來實現代理模式。
假設上述展示圖片 ShowImage
類沒有實現介面，可以重新定義代理圖片 ProxyImage
類如下：
public class ProxyImage extends ShowImage {
public ProxyImage() {}
@Override
public void display() {
System.out.println("ProxyImage display start!");
super.display();
System.out.println("ProxyImage display end!");
}
}
動態代理
靜態代理需要針對每個類都建立一個代理類，並且每個代理類中的程式碼都有點像模板式的“重複”程式碼，增加了開發成本和維護成本。
對於靜態代理存在的問題，可以通過動態代理來解決。
動態代理的原理是：不事先為每個原始類編寫代理類，而是在程式碼執行的時候動態地建立原始類對應的代理類，然後在系統中用代理類替換掉原始類。
在 Java 中，主要就是利用反射機制在執行時建立代理類。程式碼示例如下：
// 定義介面，描述行為
public interface Subject {
void hello(String param);
}
// 實現介面
public class SubjectImpl implements Subject {
public SubjectImpl() {}
@Override
public void hello(String param) {
System.out.println("hello " + param);
}
}
// 建立代理類
public class SubjectProxy implements InvocationHandler {
private Subject subject;
public SubjectProxy(Subject subject) {
this.subject = subject;
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("----- Start -----");
Object invoke = method.invoke(subject, args);
System.out.println("----- End -----");
return invoke;
}
}
// 實際呼叫
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Subject subject = new SubjectImpl();
InvocationHandler subjectProxy = new SubjectProxy(subject);
// 代理類的類載入器
// 被代理類的介面，如果有多個就是以陣列形式傳入
// 代理類例項
Subject proxyInstance = (Subject) Proxy.newProxyInstance(
subjectProxy.getClass().getClassLoader(),
subject.getClass().getInterfaces(),
subjectProxy
);
// 執行代理方法
proxyInstance.hello("world");
}
}
常見的 Java 動態代理實現方式有 JDK 代理、CGLib 代理。基於 JDK 的動態代理必須實現一個介面，而 CGLib 動態代理沒有這個限制，是另一種不錯的選擇。
總結
優點
代理模式的主要優點如下：
- 協調呼叫者和被呼叫者，在一定程度上降低了系統的耦合，滿足迪米特原則
- 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需修改原始碼，符合開閉原則
- 公共的事務由代理來完成，使得真實處理的業務更加純粹，不再去關注公共業務，而公共業務發生擴充套件時也變得更加集中和方便
缺點
代理模式的主要缺點如下：
- 在客戶端和真實主題之間增加代理物件，有些型別的代理模式可能會造成請求的處理速度變慢
- 實現代理模式需要額外的成本，有些代理模式的實現非常複雜
適用場景
代理模式的適用場景如下：
- 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
- 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時，可以使用虛擬代理
- 當需要控制一個物件的訪問，為不同使用者提供不同級別的的訪問許可權時，可以使用保護代理
- 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
- 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
原始碼
在 JDK 中，提供了 java.lang.reflect.Proxy
支援建立動態代理類。
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