【Java】设计模式——代理模式

引言

代理模式（Proxy Pattern）是结构型设计模式之一，旨在为其他对象提供一种代理以控制对该对象的访问。它通过为对象创建一个替代对象或代表对象，在客户端与目标对象之间插入一个中介层，从而达到某些功能，比如延迟加载、权限控制、日志记录等。

Java 中的代理模式分为两种：静态代理和动态代理。在本文中，我们将详细讨论代理模式的概念、实现方式及应用场景。

1. 代理模式概述

代理模式是指通过代理对象间接访问目标对象。代理对象在客户端和目标对象之间充当中介角色，可以对目标对象进行一些额外的处理，比如日志记录、安全控制、事务管理、懒加载等。

1.1 代理模式的组成部分

主题（Subject）：目标对象或者接口，通常是被代理的对象。
代理对象（Proxy）：负责控制对主题对象的访问，代理对象通常会调用目标对象的相应方法，可以在调用前后加入一些额外的逻辑。
客户端（Client）：请求代理对象而不是直接请求主题对象。

2. 代理模式的分类

2.1 静态代理

静态代理是在编译时就确定代理类和目标类的关系，代理类和目标类都实现相同的接口，代理类通过持有目标类的实例来实现方法的转发。

静态代理的优点：

对目标对象的调用透明，不需要修改目标对象的代码。
可以在代理类中添加一些额外的功能，比如日志、安全控制等。

静态代理的缺点：

每增加一个目标类，就需要为其创建一个代理类，代理类的数量会随着目标类的增加而增多，导致代码冗余。

静态代理示例：

// 目标接口
public interface Subject {
    void request();
}

// 目标对象
public class RealSubject implements Subject {
    @Override
    public void request() {
        System.out.println("RealSubject: Handling request");
    }
}

// 代理类
public class Proxy implements Subject {
    private RealSubject realSubject;

    public Proxy(RealSubject realSubject) {
        this.realSubject = realSubject;
    }

    @Override
    public void request() {
        // 在代理类中添加一些额外的功能
        System.out.println("Proxy: Logging before request");
        realSubject.request();
        System.out.println("Proxy: Logging after request");
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        RealSubject realSubject = new RealSubject();
        Proxy proxy = new Proxy(realSubject);
        proxy.request();
    }
}

输出：

Proxy: Logging before request
RealSubject: Handling request
Proxy: Logging after request

2.2 动态代理

动态代理是在运行时生成代理对象，而不是在编译时生成。这通常使用 Java 的反射机制，通过 Proxy 类动态生成代理对象。

Java 的 java.lang.reflect.Proxy 类和 InvocationHandler 接口提供了动态代理的实现。动态代理适用于接口类型的目标对象，而不需要为每个目标对象创建代理类，具有更好的灵活性。

动态代理的优点：

不需要为每个目标类编写代理类，减少了代码冗余。
可以在运行时动态生成代理对象，灵活性较高。

动态代理的缺点：

需要依赖反射机制，性能稍差。
仅支持接口类型的目标对象。

动态代理示例：

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

// 目标接口
public interface Subject {
    void request();
}

// 目标对象
public class RealSubject implements Subject {
    @Override
    public void request() {
        System.out.println("RealSubject: Handling request");
    }
}

// 动态代理处理器
public class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
    private Object target;

    public DynamicProxyHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("Proxy: Logging before request");
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("Proxy: Logging after request");
        return result;
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        RealSubject realSubject = new RealSubject();
        
        // 创建动态代理对象
        Subject proxy = (Subject) Proxy.newProxyInstance(
                realSubject.getClass().getClassLoader(),
                realSubject.getClass().getInterfaces(),
                new DynamicProxyHandler(realSubject)
        );
        
        proxy.request();
    }
}

输出：

Proxy: Logging before request
RealSubject: Handling request
Proxy: Logging after request

3.代理模式的应用场景

代理模式广泛应用于以下场景：

1.远程代理：当客户端需要访问远程服务器上的对象时，可以使用代理模式来隐藏远程对象的复杂性。例如，RMI（远程方法调用）机制中就是通过代理模式来实现远程方法调用的。

2.虚拟代理：用于延迟加载对象的创建。例如，某些大型对象的加载可能非常昂贵，因此可以通过虚拟代理来推迟对象的创建，直到实际需要时再进行加载。

3.保护代理：用于控制对某些对象的访问，通常用于实现权限控制。例如，在多用户系统中，可以通过保护代理来确保不同角色的用户访问不同级别的数据。

4.缓存代理：通过代理来缓存目标对象的计算结果，避免重复计算。例如，在计算密集型的操作中，可以通过缓存代理来提高性能。

5.智能代理：除了控制访问外，智能代理还可以在调用目标对象方法时执行一些额外的操作，如统计调用次数、管理资源等。

4. 代理模式的优缺点

优点：

透明性：代理对象和真实对象通常实现相同的接口，因此客户端无需了解代理对象的存在。
附加功能：在代理对象中可以添加额外的功能，如权限检查、日志记录等。
降低耦合度：代理模式使得客户端和目标对象之间的关系变得更加松耦合，方便扩展和维护。

缺点：

性能开销：代理模式引入了额外的代理对象，会增加方法调用的时间消耗，尤其是使用动态代理时，反射会带来一定的性能开销。
代码复杂度：在某些场景下，代理模式可能导致系统中出现大量的代理类，增加了代码的复杂性。