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一文搞懂設計模式—代理模式

來源: 責編: 時間:2024-02-29 14:44:15 200觀看
導讀代理模式(Proxy Pattern)是一種結構型設計模式,也叫做委托模式,它允許你提供一個間接訪問對象的方式。用一句話描述代理模式就是:為其他對象提供一種代理以控制對這個對象的訪問使用場景遠程代理(Remote Proxy):用于在不同地

代理模式(Proxy Pattern)是一種結構型設計模式,也叫做委托模式,它允許你提供一個間接訪問對象的方式。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

用一句話描述代理模式就是:為其他對象提供一種代理以控制對這個對象的訪問NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

使用場景

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  • 遠程代理(Remote Proxy):用于在不同地址空間中代表對象,使得客戶端可以訪問遠程的對象。
  • 虛擬代理(Virtual Proxy):用于按需創(chuàng)建昂貴對象的代表,延遲對象的實例化,提高系統性能。
  • 保護代理(Protection Proxy):用于控制對真實對象的訪問權限,在訪問真實對象之前進行安全檢查。
  • 智能引用(Smart Reference):用于在訪問對象時執(zhí)行額外的操作,如引用計數、懶加載等。
  • 日志記錄(Logging Proxy):用于記錄方法調用的日志信息,方便調試和監(jiān)控系統運行狀態(tài)。
  • 權限控制(Access Control Proxy):用于控制用戶對對象的訪問權限,限制某些用戶的操作。
  • 延遲加載(Lazy Loading Proxy):用于延遲加載對象的數據,直到真正需要使用時才進行加載。

代理模式在Java中的Spring框架和Dubbo框架中都有廣泛的應用:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • Spring框架中的AOP(面向切面編程):Spring使用代理模式實現AOP功能,允許開發(fā)者定義切面(Aspect),并通過代理機制將切面織入到目標對象的方法調用中,實現橫切關注點的管理,如日志記錄、事務管理等。
  • Dubbo框架中的遠程服務代理:Dubbo是一種高性能的分布式服務框架,其中的服務消費者與服務提供者之間的通信通過代理模式來實現。Dubbo會根據配置信息動態(tài)生成接口的代理實現類,在遠程調用時通過代理對象進行通信,隱藏了遠程調用的復雜性,使得調用方可以像調用本地方法一樣調用遠程服務。

通過代理模式,可以實現對對象的訪問控制、附加功能增強、性能優(yōu)化等目的,提高系統的靈活性、可維護性和可擴展性。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

具體實現

代理模式涉及以下幾個角色:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 抽象主題(Subject):是一個接口或抽象類,定義了真實主題和代理對象共同實現的方法,客戶端通過抽象主題訪問真實主題。
  • 真實主題(Real Subject):是真正執(zhí)行業(yè)務邏輯的對象,實現了抽象主題定義的方法,是代理模式中被代理的對象。
  • 代理(Proxy):持有對真實主題的引用,可以控制對真實主題的訪問,在其自身的方法中可以調用真實主題的方法,同時也可以在調用前后執(zhí)行一些附加操作。

實現代理模式步驟如下:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

首先定義一個接口:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

public interface Subject {    void request();}

然后實現真實主題類:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

public class RealSubject implements Subject {    @Override    public void request() {        System.out.println("Real Subject handles the request.");    }}

接著創(chuàng)建代理類:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

public class Proxy implements Subject {    private RealSubject realSubject;    @Override    public void request() {        if (realSubject == null) {            realSubject = new RealSubject();        }        preRequest();        realSubject.request();        postRequest();    }    //前置處理    private void preRequest() {        System.out.println("Proxy performs pre-request actions.");    }    //后置處理    private void postRequest() {        System.out.println("Proxy performs post-request actions.");    }}

客戶端調用:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

public static void main(String[] args) {        Proxy proxy = new Proxy();        proxy.request();    }

輸出:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

Proxy performs pre-request actions.Real Subject handles the request.Proxy performs post-request actions.

Tips:一個代理類,可以代理多個真實角色,并且真實角色之間允許有耦合關系。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

普通代理 & 強制代理

在代理模式中,可以區(qū)分普通代理和強制代理:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 普通代理(Normal Proxy):由代理類控制對真實主題的訪問,客戶端直接與代理類交互,代理類負責將請求轉發(fā)給真實主題,調用者只知代理而不用知道真實的角色是誰,屏蔽了真實角色的變更對高層模塊的影響。
  • 強制代理(Force Proxy):“強制”必須通過真實角色查找到代理角色,否則不能訪問。并且只有通過真實角色指定的代理類才可以訪問,也就是說由真實角色管理代理角色。強制代理不需要產生一個代理出來,代理的管理由真實角色自己完成。

上面提供的代碼例子就是普通代理,下面用代碼演示下強制代理:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

// 抽象主題接口public interface Subject {    /**     * 待具體實現的方法     */    void request();    /**     * 獲取每個具體實現對應的代理對象實例     * @return 返回對應的代理對象     */    Subject getProxy();}// 強制代理對象public class ForceProxy implements Subject {    private Subject subject;    public ForceProxy(Subject subject) {        this.subject = subject;    }    /**     * 待具體實現的方法     */    @Override    public void request() {        preRequest();        subject.request();        postRequest();    }    /**     * @return 返回對應的代理對象就是自己     */    @Override    public Subject getProxy() {        return this;    }    private void postRequest() {        System.out.println("訪問真實主題以后的后續(xù)處理");    }    private void preRequest() {        System.out.println("訪問真實主題之前的預處理");    }}// 具體的實現對象public class RealSubject implements Subject {    /**     * 該具體實現對象的代理對象     */    private Subject proxy;    @Override    public Subject getProxy() {        proxy = new ForceProxy(this);        return proxy;    }    /**     * 待具體實現的方法     */    @Override    public void request() {        if (isProxy()) {            System.out.println("訪問真實主題方法");        } else {            System.out.println("請使用指定的代理訪問");        }    }    private boolean isProxy() {        return proxy != null;    }}

客戶端調用:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

public static void main(String[] args) {        Subject subject = new RealSubject();        subject.request();    }    Output:    請使用指定的代理訪問                      public static void main(String[] args) {        Subject subject = new RealSubject();        Subject proxy = new ForceProxy(subject);        proxy.request();    }    Output:    訪問真實主題之前的預處理    請使用指定的代理訪問    訪問真實主題以后的后續(xù)處理                    public static void main(String[] args) {        Subject subject = new RealSubject();        Subject proxy = subject.getProxy();        proxy.request();    }    Output:    訪問真實主題之前的預處理    訪問真實主題方法    訪問真實主題以后的后續(xù)處理

通過代碼可以觀察到,強制代理模式下,不允許通過真實角色來直接訪問,只有通過真實角色來獲取代理對象,才能訪問。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

高層模塊只需調用getProxy就可以訪問真實角色的所有方法,它根本就不需要產生一個代理出來,代理的管理已經由真實角色自己完成。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

動態(tài)代理

前面講的普通代理和強制代理都屬于靜態(tài)代理,也就是說自己寫代理類的方式就是靜態(tài)代理。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

靜態(tài)代理有一個缺點就是要在實現階段就要指定代理類以及被代理者,很不靈活。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

而動態(tài)代理是一種在運行時動態(tài)生成代理類的機制,可以在不預先知道接口的情況下動態(tài)創(chuàng)建接口的實現類,允許在運行階段才指定代理哪一個對象,比如Spring AOP就是非常經典的動態(tài)代理的應用NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

下面是兩個動態(tài)代理常用的實現方式:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • JDK 動態(tài)代理 :基于 Java 反射機制,在運行時動態(tài)創(chuàng)建代理類和對象。JDK 動態(tài)代理要求被代理的類實現一個或多個接口,通過 java.lang.reflect.Proxy 和 java.lang.reflect.InvocationHandler 接口來實現代理對象的生成和方法調用。
  • CGLIB 動態(tài)代理:不要求被代理的類實現接口,通過繼承被代理類來生成代理對象。CGLIB 使用字節(jié)碼生成庫ASM來動態(tài)生成代理類,因此性能略高于 JDK 動態(tài)代理。

JDK動態(tài)代理

JDK實現動態(tài)代理的核心機制就是java.lang.reflect.Proxy類和java.lang.reflect.InvocationHandler接口。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

JDK動態(tài)代理的動態(tài)代理類需要去實現JDK自帶的java.lang.reflect.InvocationHandler接口,該接口中的invoke()方法能夠讓動態(tài)代理類實例在運行時調用被代理類需要對外實現的所有接口中的方法,也就是完成對真實主題類方法的調用。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

具體實現步驟如下:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  1. 創(chuàng)建一個接口Subject表示被代理的對象需要實現的方法。
  2. 創(chuàng)建一個真實主題類RealSubject,實現Subject接口,定義真正的業(yè)務邏輯。
  3. 創(chuàng)建一個實現InvocationHandler接口的代理處理器類DynamicProxyHandler,在invoke方法中執(zhí)行額外的操作,并調用真實主題的方法。
  4. 在主程序中使用Proxy.newProxyInstance()方法動態(tài)生成代理對象,并調用代理對象的方法。

下面是動態(tài)代理的示例代碼,一起來感受一下:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

// 1. 創(chuàng)建接口public interface Subject {    void request();}// 2. 創(chuàng)建真實主題類public class RealSubject implements Subject {    @Override    public void request() {        System.out.println("RealSubject handles the request.");    }}// 3. 創(chuàng)建代理處理器類public class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {    private Object target;    DynamicProxyHandler(Object target) {        this.target = target;    }    @Override    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {        // 執(zhí)行額外操作        System.out.println("Before requesting...");                // 調用真實主題對象的方法        Object result = method.invoke(target, args);                // 執(zhí)行額外操作        System.out.println("After requesting...");                return result;    }}public class DynamicProxyExample {    public static void main(String[] args) {        // 創(chuàng)建真實主題對象        Subject realSubject = new RealSubject();        // 創(chuàng)建代理處理器對象        InvocationHandler handler = new DynamicProxyHandler(realSubject);        // 創(chuàng)建動態(tài)代理對象        Subject proxy = (Subject) Proxy.newProxyInstance(                realSubject.getClass().getClassLoader(),                realSubject.getClass().getInterfaces(),                handler);        // 調用代理對象的方法        proxy.request();    }}

這段代碼演示了使用 JDK 動態(tài)代理實現動態(tài)代理的過程:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  1. 首先,創(chuàng)建了一個真實主題對象 realSubject,表示被代理的真實對象。
  2. 接著,創(chuàng)建了一個代理處理器對象 handler,類型為 InvocationHandler,并將真實主題對象傳入代理處理器中,用于處理代理對象的方法調用。
  3. 然后,通過 Proxy.newProxyInstance() 方法創(chuàng)建了一個動態(tài)代理對象 proxy,該方法接受三個參數:
  • 類加載器:使用真實主題對象的類加載器。
  • 接口數組:指定代理對象需要實現的接口,這里使用真實主題對象的接口數組。
  • 處理器:指定代理對象的調用處理器,即前面創(chuàng)建的代理處理器對象 handler。
  1. 最后,通過代理對象 proxy 調用 request() 方法,實際上會委托給代理處理器 handler 的 invoke() 方法來處理方法調用,進而調用真實主題對象的對應方法。

這段代碼通過 JDK 動態(tài)代理機制實現了代理對象的動態(tài)創(chuàng)建和方法調用處理,實現了對真實主題對象的間接訪問,并在調用真實主題對象方法前后進行了額外的處理。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

其動態(tài)調用過程如圖所示:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

cglib動態(tài)代理

JDK的動態(tài)代理機制只能代理實現了接口的類,否則不能實現JDK的動態(tài)代理,具有一定的局限性。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

CGLIB(Code Generation Library)是一個功能強大的字節(jié)碼生成庫,可以用來在運行時擴展Java類和實現動態(tài)代理。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

相對于JDK動態(tài)代理基于接口的代理,cglib動態(tài)代理基于子類的代理,可以代理那些沒有接口的類,通俗說cglib可以在運行時動態(tài)生成字節(jié)碼。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

cglib的原理是對指定的目標類生成一個子類,并覆蓋其中方法實現增強,因為采用的是繼承,所以不能對final修飾符的類進行代理。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

下面是一個使用cglib實現動態(tài)代理的示例代碼,包括實現步驟:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  1. 創(chuàng)建一個真實主題類RealSubject,無需實現任何接口。
  2. 創(chuàng)建一個實現MethodInterceptor接口的代理處理器類DynamicProxyHandler,在intercept方法中執(zhí)行額外的操作,并調用真實主題的方法。
  3. 在主程序中使用Enhancer類創(chuàng)建代理對象,并設置代理處理器。

使用 cglib 需要添加對應的依賴:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/cglib/cglib --><dependency>    <groupId>cglib</groupId>    <artifactId>cglib</artifactId>    <version>3.3.0</version></dependency>
// 1. 創(chuàng)建真實主題類public class RealSubject {    public void request() {        System.out.println("RealSubject handles the request.");    }}// 2. 創(chuàng)建代理處理器類public class DynamicProxyHandler implements MethodInterceptor {    /**     * 通過Enhancer 創(chuàng)建代理對象     */    private Enhancer enhancer = new Enhancer();    /**     * 通過class對象獲取代理對象     * @param clazz class對象     * @return 代理對象     */    public Object getProxy(Class<?> clazz) {        // 設置需要代理的類        enhancer.setSuperclass(clazz);        // 設置enhancer的回調        enhancer.setCallback(this);        return enhancer.create();    }      @Override    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {        // 執(zhí)行額外操作        System.out.println("Before requesting...");        // 調用真實主題對象的方法        Object result = proxy.invokeSuper(obj, args);        // 執(zhí)行額外操作        System.out.println("After requesting...");        return result;    }}public class CglibProxyExample {    public static void main(String[] args) {        DynamicProxyHandler proxy = new DynamicProxyHandler();        RealSubject realSubject = (RealSubject) proxy.getProxy(RealSubject.class);        // 調用代理對象的方法        realSubject.request();    }}

輸出:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

Before requesting...RealSubject handles the request.After requesting...

cglib動態(tài)代理相比于JDK動態(tài)代理的優(yōu)缺點如下:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

優(yōu)點:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 可以代理沒有實現接口的類。
  • 性能更高,因為直接操作字節(jié)碼,無需反射。

缺點:NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 生成的代理類會繼承被代理類,可能會影響某些設計。
  • 無法代理static方法,因為cglib是基于繼承來生成代理類的,而靜態(tài)方法是屬于類而非對象的
  • 對于final方法,cglib無法覆蓋,仍然會調用父類方法。

總結

代理模式是一種常用的設計模式,在軟件開發(fā)中有著廣泛的應用。通過引入代理對象,可以實現對真實對象的訪問控制、附加功能增強、性能優(yōu)化等目的。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

優(yōu)點NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 可以控制對真實對象的訪問,在不改變原始類代碼的情況下擴展其行為。
  • 代理模式能將客戶端與目標對象分離,在一定程序上降低了系統的耦合度.

缺點NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 增加了系統復雜性,引入了多余的代理類,因此有些類型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工作,有些代理模式的實現非常復雜。

總的來說,代理模式通過引入代理對象,實現了對真實對象的間接訪問和控制,為系統的設計提供了一種簡潔而有效的解決方案。在日常的軟件開發(fā)中,合理地運用代理模式可以為系統帶來更好的結構和性能表現。NFP28資訊網——每日最新資訊28at.com

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