设计模式教程：代理模式（Proxy Pattern）

代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，它通过创建一个代理对象来控制对另一个对象的访问。代理对象充当真实对象的替代者，并且可以在访问真实对象之前或者之后执行额外的操作。代理模式常用于延迟加载、权限控制、远程代理、缓存等场景。

1. 代理模式的定义

代理模式 通过引入代理对象来控制对某个对象的访问。代理对象和真实对象实现相同的接口，客户端对代理对象的操作就像是对真实对象的操作一样，但代理对象可以在操作前或操作后做一些额外的处理。

代理模式通常用于以下几种场景：

• 远程代理：表示一个对象在不同的地址空间（通常是网络）上的代理。
• 虚拟代理：用于延迟初始化的场景，只有在需要时才创建对象。
• 保护代理：控制对对象的访问权限，做权限检查。
• 缓存代理：缓存某个对象的状态，避免重复计算。

2. 代理模式的角色

代理模式主要涉及以下几个角色：

• Subject（抽象主题角色）：定义了真实对象和代理对象的公共接口，通常是一个接口或抽象类。真实对象和代理对象都要实现这个接口。
• RealSubject（真实主题角色）：实现了 Subject 接口，定义了代理所代表的真实对象的具体业务逻辑。
• Proxy（代理角色）：代理对象也实现了 Subject 接口，内部持有对真实对象的引用。代理对象可以在调用真实对象方法之前或之后执行一些额外操作。

3. 代理模式的种类

根据代理的使用场景，代理模式可以分为以下几种类型：

1) 虚拟代理（Virtual Proxy）

虚拟代理用于延迟加载对象。它会在客户端首次请求真实对象时才创建真实对象实例，并返回给客户端。虚拟代理通常用于大对象、资源消耗大的对象的加载。

2) 远程代理（Remote Proxy）

远程代理用于对象位于不同地址空间的情况（如跨网络访问）。它代表一个远程对象，通过代理对象来实现对远程对象的访问。常见的应用场景是分布式系统中的远程调用（如 RMI）。

3) 保护代理（Protection Proxy）

保护代理控制对某个对象的访问权限。它通常会在客户端访问真实对象之前，进行权限验证、日志记录等操作，确保只有合法的操作才会传递到真实对象。

4) 缓存代理（Cache Proxy）

缓存代理用于缓存真实对象的计算结果，避免重复的计算。当请求真实对象时，代理对象先检查缓存，如果存在则直接返回缓存中的结果；如果不存在，则请求真实对象并将结果缓存。

5) 智能代理（Smart Proxy）

智能代理对真实对象的访问进行了额外的处理，通常用来实现一些辅助功能，如计数、对象生命周期管理等。

4. 代理模式的结构图

 +---------------------+
 |       Subject       |<-----------------------+
 +---------------------+                        |
 | + request()         |                        |
 +---------------------+                        |
         ^                                     |
         |                                     |
 +------------------------+                   |
 |   RealSubject          |                   |
 +------------------------+                   |
 | + request()            |                   |
 +------------------------+                   |
         ^                                     |
         |                                     |
 +------------------------+                   |
 | Proxy                  |-------------------+
 +------------------------+
 | + request()            |
 +------------------------+

5. 代理模式的实现

代码示例：代理模式用于控制访问权限

假设我们有一个 RealSubject 类，它表示一个资源管理对象。我们希望控制对该资源的访问，只有合法用户才能访问资源。为此，我们可以使用代理模式，通过一个代理类来控制访问。

代码实现：

// 主题接口（Subject）
interface Subject {
    void request();
}

// 真实主题类（RealSubject）
class RealSubject implements Subject {
    @Override
    public void request() {
        System.out.println("RealSubject: Handling request");
    }
}

// 代理类（Proxy）
class Proxy implements Subject {
    private RealSubject realSubject;
    private String userRole;

    public Proxy(String userRole) {
        this.userRole = userRole;
    }

    @Override
    public void request() {
        if (checkAccess()) {
            if (realSubject == null) {
                realSubject = new RealSubject();  // 延迟加载
            }
            realSubject.request();  // 代理请求转发给真实主题对象
        } else {
            System.out.println("Proxy: Access denied.");
        }
    }

    // 检查用户权限
    private boolean checkAccess() {
        if ("admin".equals(userRole)) {
            System.out.println("Proxy: Access granted.");
            return true;
        } else {
            System.out.println("Proxy: Access denied.");
            return false;
        }
    }
}

public class ProxyPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建代理对象并检查访问权限
        Subject proxy = new Proxy("admin");  // 用户为 admin，访问权限允许
        proxy.request();

        System.out.println();

        Subject proxy2 = new Proxy("user");  // 用户为普通用户，访问权限被拒绝
        proxy2.request();
    }
}

代码解析：

1. Subject：定义了 request() 方法，RealSubject 和 Proxy 都实现了该接口。
2. RealSubject：实现了 Subject 接口的具体业务逻辑，执行实际的请求处理。
3. Proxy：是代理类，它控制对 RealSubject 的访问，首先检查是否具有访问权限（在本例中是通过 userRole 字段来判断），如果允许访问，则代理请求转发给 RealSubject；否则拒绝访问。
4. 检查访问权限：Proxy 类中的 checkAccess() 方法根据用户角色来判断是否允许访问。如果角色是 admin，则允许访问；否则拒绝访问。

输出：

Proxy: Access granted.
RealSubject: Handling request

Proxy: Access denied.

在这个例子中，代理模式通过 Proxy 类来控制访问，只有用户角色为 admin 时才能访问 RealSubject。这种方式实现了对真实对象的访问控制和延迟加载。

6. 代理模式的应用场景

代理模式可以应用于以下场景：

1. 延迟加载（虚拟代理）： 当对象的创建开销非常大，且客户端并不总是需要该对象时，可以使用虚拟代理延迟创建该对象。只有在客户端真正需要时，才创建真实对象。
2. 权限控制（保护代理）： 在某些系统中，可能希望对访问某些资源进行权限控制。通过代理模式，可以在请求到达真实对象之前，对请求进行权限检查。
3. 缓存管理（缓存代理）： 如果某些对象的计算非常耗时或结果不会经常改变，可以使用缓存代理来缓存对象的计算结果。当再次请求时，直接从缓存中获取数据，避免重复计算。
4. 远程代理： 远程代理可以让客户端像操作本地对象一样操作远程对象。例如，远程过程调用（RPC）就是通过代理模式实现的，客户端调用远程服务器上的方法时，代理对象会负责实际的远程调用。
5. 日志记录（智能代理）： 通过代理模式，在对真实对象的操作前后可以插入日志记录、性能监控等功能，而不改变真实对象的代码。

7. 代理模式的优缺点

优点：

• 控制访问：代理模式可以用来控制对真实对象的访问，例如权限控制、延迟加载等。
• 增强功能：可以在代理对象中增加额外的功能，例如缓存、日志记录、安全验证等，而无需修改真实对象的代码。
• 降低耦合：客户端与真实对象的耦合度降低，客户端只与代理对象打交道，真实对象的变化不会直接影响到客户端。

缺点：

• 增加复杂性：引入代理类可能增加系统的复杂度，尤其是如果代理对象的数量过多时，会使得系统变得更加难以维护。
• 性能问题：代理模式引入了一个额外的对象，可能会导致一定的性能开销，尤其是在代理和真实对象交互频繁的情况下。

8. 总结

代理模式通过引入代理对象来控制对真实对象的访问，提供了更灵活的对象访问控制手段。它适用于延迟加载、权限控制、缓存等场景。通过代理，客户端可以与真实对象进行交互，而无需直接与真实对象打交道，从而降低了耦合度和系统的复杂性。在实际应用中，代理模式可以通过增强功能来提高系统的可扩展性和安全性。

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