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每日一个设计模式之【代理模式】

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每日一个设计模式之【代理模式】

☁️前言🎉🎉🎉

  大家好✋，我是知识汲取者😄，今天给大家带来一篇有关代理模式的学习笔记。众所周知能够熟练使用设计模式是一个优秀程序猿的必备技能，当我们在项目中选择一个或多个合适的设计模式，不仅能大大提高项目的稳健性、可移植性、可维护性，同时还能让你的代码更加精炼，具备艺术美感。

推荐阅读：

  • 设计模式导学：🚪传送门
  • 每日一个设计模式系列专栏：🚪传送门
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🌻模式概述

  • 什么是代理模式？

    代理模式（Proxy Pattern）也称委托模式，是一种结构型模式，

  • 代理模式的作用：通过增加一个中间层，增强方法。

    增强方法是指增强方法的功能，让原本被代理类的方法具有更多其它的功能，这个类似于装饰器模式，只需要再代理类中增加代码逻辑，以此让被代理类的方法增添许多新功能

  • 代理模式的优缺点

    • 优点：

      • 扩展性高。想要改动功能，可以再保留原有类的同时增加一个代理类，从而无需修改原有代码，符合开闭原则
      • 安全性高。通过代理类，可以控制被委托对象的访问控制，提高系统的安全性
      • 耦合度低。客户端只需要和代理类进行交互，不需要和具体功能的实现类进行交互，降低了系统的耦合度

      ……

    • 缺点：

      • 增加了系统的复杂度，因为多添加一个中间层，而且一些代理模式实现起来也较为复杂（例如远程代理）

      ……

  • 代理模式的适用场景：

    • 当客户端对象需要访问远程主机中的对象时可以使用远程代理
    • 当需要用一个消耗资源较少的对象来代表一个消耗资源较多的对象，从而降低系统开销、缩短运行时间时可以使用虚拟代理
    • 当需要为某一个被频繁访问的操作结果提供一个临时存储空间，以供多个客户端共享访问这些结果时可以使用缓冲代理
    • 当需要控制对一个对象的访问，为不同用户提供不同级别的访问权限时可以使用保护代理
    • 当需要为一个对象的访问（引用）提供一些额外的操作时可以使用智能引用代理
    • 想要实现AOP编程，可以使用动态代理

  • 代理模式的角色划分：

    • 抽象主题（Subject）：声明了真实主题和代理主题的共同接口
    • 真实主题（RealSubject）：具体的被代理类（被委托类），是被代理的具体对象，实现了真实的业务操作，当Proxy都无法胜任工作时，RealSubject就会出场
    • 代理主题（Proxy）：具体的代理类（委托类），它包含了真实主题的引用，代理对象也可以有自己的一些附属操作，帮助真实主题更好地处理请求
    • 请求者（Client）：系统的外部交互类，与代理对象进行交互，对应本文中的测试类

  • 代理模式的分类

    代理模式各种各样，且应用范围很广，常见的可以大致将代理模式分为两大类：静态代理和动态代理。此外，还存在虚拟代理、远程代理和访问代理

    • 虚拟代理（Virtual Proxy）：虚拟代理只有当正真需要实例时，它才会生成和初始化实例对象。它能够很大程度节约内存，类似于懒加载
    • 远程代理（Remote Proxy）：远程让我们可以让我们完全不必在意RealSubject角色是否在远程网络上，可以如同它自己身体一样（透明地）调用它的方法。它能够很大程度提高系统分布式应用的能力，Java的RMI（RemoteMethodInvocation，远程方法调用）就相当于Remote Proxy
    • 访问代理（Access Proxy）：也称保护代理（Protect Proxy），访问代理用于在调用RealSubject角色的功能时设置访问权限，只允许指定的用户调用方法，而当其它用户调用方法时则直接报错
    • 缓冲代理（Buffer Proxy）：为某一个操作的结果提供临时的缓存存储空间，以便在后续使用中能够共享这些结果，优化系统性能，缩短执行时间
    • 智能引用代理（Smart Proxy）：为某一个对象的引用提供额外操作
    • 静态代理（Static Proxy）：代理类和被代理类的关系在运行前（也就是编译阶段）就确定了
    • 动态代理（Dynamic Proxy）：代理类和被代理类的关系在运行时确定

🌱代理模式的实现

🍀静态代理

在静态代理中，代理类和被代理类的关系在编译阶段就已经确定了，它们都需要实现一个相同的接口

温馨提示：静态代理是对目标对象的方法进行手动增强，不灵活又麻烦，因此开发过程中基本用不到。（静态代理是理解动态代理的基础，因此也很有必要进行学习)

  • 静态代理的优点：相较于动态代理实现起来较为简单

  • 静态代理存在的弊端：

    • 存在代码冗余。代理类和委托类实现了相同的接口，代理类通过委托类实现了相同的方法。这样就出现了大量的代码重复
    • 可维护性差。不易维护，一旦接口更改，代理类和目标类都需要更改，在实际项目中应用较少
    • 灵活度低。一旦确定了代理关系就很难进行更改

实例：

问题描述：对于明星，某一个地方想请明星去开演唱会唱歌，它的请求会先被明星的经纪人收到，得到经纪人的同意后，才会让明星去那个地方开演唱会，演唱结束后再由经纪人安排到其它地方进行延长

问题分析：上诉问题中的明星（Star）就可以看作是一个Subject，而经纪人（Broker）就可以看作是应该Proxy，它负责帮助明星处理日常的事物，而地方就是Client（也就是下文中的Test类）

image-20221117201623170
创建抽象主题
创建真实主题
创建代理主题
编写测试类

  • Step1：创建抽象主题

    package example1;

/**
 * @author ghp
 * @date 2022/11/17
 * @title 
 * @description 所有明星的抽象类
 */
public interface Star {

    /**
     * 唱歌
     * @param name 歌名
     */
    void sing(String name);
}

  • Step2：创建真实主题

    package example1;

/**
 * @author ghp
 * @date 2022/11/17
 * @title
 * @description 具体的某一个明星
 */
public class StarImp implements Star{
    private String name;

    public StarImp() {
        this.name = "薛之谦";
    }

    /**
     * 唱歌
     * @param name 歌名
     */
    @Override
    public void sing(String name) {
        System.out.println(this.name + "正在唱" + name);
    }
}

  • Step3：创建代理主题

    package example1;

/**
 * @author ghp
 * @date 2022/11/17
 * @title 经纪人
 * @description 明星的静态代理类
 */
public class Broker implements Star{

    //委托对象
    private Star target;

    public Broker() {
        this.target = new StarImp();
    }

    /**
     * 唱歌方法的代理方法
     * @param name 歌名
     */
    @Override
    public void sing(String name) {
        System.out.println("经纪人同意明星去演唱");
        target.sing(name);
        System.out.println("演唱结束，经纪人安排明星前往另一个地方开演唱会");
    }
}

  • Step4：编写测试类

    package example1;

/**
 * @author ghp
 * @date 2022/11/17
 * @title 测试类
 * @description 用于测试静态代理
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Star broker = new Broker();
        broker.sing("天后");
    }
}

    测试结果：

    image-20221117201801060

🍀动态代理

在动态代理中，代理类和被代理类之间的关系是在运行阶段确定的，常见的动态代理有JDK代理和CGLIB代理

  • JDK代理：基于接口进行动态代理，使用反射技术。

    JDK中的动态代理是通过反射类Proxy以及InvocationHandler回调接口实现的，只能对该类所实现接口中定义的方法进行代理，同时代理类需要实现目标类的接口（基于这种特性，可以趣称JDK代理方式为”拜把子模式“），否则报java.lang.ClassCastException: com.sun.proxy.$Proxy4 cannot be cast to com.hhxy.proxy.Calculator异常，这在实际编程中有一定的局限性，而且使用反射的效率也不高，生成的代理类在com.sun.proxy包下，类名为$proxy数字

  • CGLib代理：基于类进行动态代理，使用字节码技术。

    比使用反射的效率要高，但CGLib不能对final修饰的方法进行代理，因为CGLib原理是动态生成被代理类的子类，生成的代理类和目标类在同一包下且为被代理类的子类（基于这种特性，可以趣称CGLib代理方式为“认干爹模式”）

  • 两者的比较：JDK代理是使用反射实现，效率相对较低，但是由于它是Java封装好了的，使用起来相对简单，但是只能对该类所实现接口中定义的方法进行代理；而CGLib是使用字节码技术，效率相对高很多，并且几乎可以代理任意的方法（除了final修饰的方法），但是实现起来较为复杂

🐳JDK代理

JDK1.3开始支持JDK动态代理

示例：

接着以静态代理的示例来实现
创建抽象主题
创建具体主题
创建代理主题
编写测试类

  • Step1：创建抽象主题

    和静态代理的代码一致，详情请参考Github或Gitee仓库，略……

  • Step2：创建具体主题

    和静态代理的代码一致，详情请参考Github或Gitee仓库，略……

  • Step3：创建代理主题

    package example2.jdk;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

/**
 * @author ghp
 * @date 2022/11/17
 * @title 经纪人
 * @description 明星的代理类
 */
public class Broker{

    //委托对象
    private Star target;

    public Broker() {
        this.target = new StarImp();
    }

    /**
     * 获取代理对象
     */
    public Star getProxy(){
        /**
         * 参数一: loader表示目标类的类加载器
         * 参数二: interfaces表示对象实现的所有接口对象的Class对象的数组
         *  参数三: h表示匿名内部类对象，它是JDK动态代理类实现的核心代码
         */
        return (Star) Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(), target.getClass().getInterfaces(),
                new InvocationHandler() {
                    /**
                     * 唱歌方法的代理方法
                     * @param proxy 代理类对象，即Broker对象
                     * @param method 要执行的代理方法，即StarImp的sing方法
                     * @param args args为代理方法的参数列表，即StarImp的sing方法的所有参数
                     * @return
                     */
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        System.out.println("经纪人同意明星去演唱");
                        Object result = method.invoke(target, args);
                        System.out.println("演唱结束，经纪人安排明星前往另一个地方开演唱会");
                        return result;
                    }
                });
    }
}

  • Step4：编写测试类

    package example2.jdk;

/**
 * @author ghp
 * @date 2022/11/17
 * @title 测试类
 * @description 用于测试JDK动态代理
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Broker broker = new Broker();
        Star proxy = broker.getProxy();
        proxy.sing("丑八怪");
    }
}

    测试结果：

    image-20221117220711785

🐳CGLib代理

Spring在5.X之前默认的动态代理实现一直是JDK动态代理。但是从5.X开始，Spring就开始默认使用CGLib来作为动态代理实现。并且SpringBoot从2.X开始也转向了CGLib动态代理实现

什么导致了Spring体系整体转投CGLib呢，JDK动态代理又有什么缺点呢？

CGLib是一个开源项目，它的底层是字节码处理框架ASM，CGLib提供了比JDK更为强大的动态代理。主要相比JDK动态代理的优势有：

  1. CGLib动态代理的应用范围更广。JDK动态代理只能基于接口，是“拜把子模式”，只能对该类所实现接口中定义的方法进行代理，得到的代理对象只能赋值给接口变量；CGLib动态代理是基于类，是“认干爹模式”，CGLib是通过生成子类来实现的，代理对象既可以赋值给实现类变量，又可以赋值给接口变量

  2. CGLib的性能更高。JDK底层使用反射技术(通过解释执行)，而CGLib底层是使用字节码技术(通过编译执行)，，解释执行的代码要比编译执行的代码要慢

    关于反射可以参考这篇文章：一文带你快速了解Java中的反射机制

示例：

接着以静态代理的示例来实现
创建抽象主题
创建具体主题
创建代理主题
编写测试类
导包

  • Step1：导包

    • 方式一：CGLib所依赖的Jar包如下所示，使用Maven导包

              <!--cglib依赖的jar包-->
        <dependency>
            <groupId>cglib</groupId>
            <artifactId>cglib-nodep</artifactId>
            <version>3.3.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>cglib</groupId>
            <artifactId>cglib</artifactId>
            <version>3.3.0</version>
        </dependency>

    • 方式二：直接下载jar包

      image-20221117231908536

  • Step2：创建抽象主题

    和静态代理的代码一致，详情请参考Github或Gitee仓库，略……

  • Step3：创建具体主题

    和静态代理的代码一致，详情请参考Github或Gitee仓库，略……

  • Step4：创建代理主题

    package example2.cglib;

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

import java.lang.reflect.Method;

/**
 * @author ghp
 * @date 2022/11/17
 * @title 经纪人
 * @description 明星的代理类
 */
public class Broker implements MethodInterceptor {

    //字节码增强器对象
    private Enhancer enhancer;

    //委托对象
    private Star target;

    public Broker() {
        this.target = new StarImp();
        this.enhancer = new Enhancer();
    }

    public Star getProxy(){
        //将被代理的类设置为父类
        enhancer.setSuperclass(StarImp.class);
        //设置拦截器
        /*
        当前这个Broker类本质是一个拦截器，在调用目标方法时，CGLib会回调MethodInterceptor接口方法拦截，
        来实现你自己的代理逻辑，类似于JDK中的InvocationHandler接口
         */
        enhancer.setCallback(this);
        //返回代理类对象
        return (Star) enhancer.create();
    }

    /**
     * 唱歌方法的代理方法
     * @param o 被代理对象，即StarImp对象
     * @param method 被代理的方法，即StarImp的sing方法
     * @param objects 被代理的方法的参数列表，即StarImp的sing方法的所有参数
     * @param methodProxy 代理对象
     * @return
     */
    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        System.out.println("经纪人同意明星去演唱");
        Object result = methodProxy.invokeSuper(o, objects);
        System.out.println("演唱结束，经纪人安排明星前往另一个地方开演唱会");
        return result;
    }
}

  • Step5：编写测试类

    package example2.cglib;

/**
 * @author ghp
 * @date 2022/11/17
 * @title 测试类
 * @description 用于测试JDK动态代理
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Broker broker = new Broker();
        Star proxy = broker.getProxy();
        proxy.sing("天外来物");
    }
}

    测试结果：

    image-20221117232145437

🍀拓展

先占坑，未完待续……相信未来的我一定会完成下面这一部分的内容的😈

🐳虚拟代理
🐳远程代理
🐳访问代理
🐳缓冲代理
🐳智能引用代理
🐳Javassist动态代理

Javassist是一个开源的分析、编辑和创建Java字节码的类库，可以直接编辑和生成Java生成的字节码。相对于BCEL、ASM等这些工具，开发者不需要了解虚拟机指令，就能动态改变类的结构，或者动态生成类。

在日常使用中，javassit通常被用来动态修改字节码。它也能用来实现动态代理的功能。

详情请参考：动态代理大揭秘，带你彻底弄清楚动态代理！

🐳ByteBuddy动态代理

ByteBuddy（字节码伙计），是一个大名鼎鼎的开源库，和Cglib一样，也是基于ASM实现。还有一个名气更大的库叫Mockito，相信不少人用过这玩意写过测试用例，其核心就是基于ByteBuddy来实现的，可以动态生成mock类，非常方便。另外ByteBuddy另外一个大的应用就是java agent，其主要作用就是在class被加载之前对其拦截，插入自己的代码。

ByteBuddy非常强大，是一个神器。可以应用在很多场景。

详情请参考：动态代理大揭秘，带你彻底弄清楚动态代理！

🌲总结

  • 相关设计模式
    • Adapter 模式：Adapter模式适配了两种具有不同接口(API)的对象，以使它们可以一同工作。而在Proxy模式中，Proxy角色与RealSubject角色的接口(API)是相同的(透明性)
    • Decorator 模式：Decorator模式与Proxy模式在实现上很相似，不过它们的使用目的不同。Decorator模式的目的在于增加新的功能。而在Proxy模式中，与增加新功能相比，它更注重通过设置代理人的方式来减轻本人的工作负担

自此，文章就结束了，如果觉得本文对你有一丢丢帮助的话😄，欢迎点赞👍+评论✍，您的支持将是我写出更加优秀文章的动力O(∩_∩)O

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参考文章：

在次致谢🌹🌹🌹

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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