代理模式

代理模式

代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，它为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。代理模式在不改变原始类代码的情况下，通过引入代理类来间接访问目标对象，从而实现对目标对象的保护、延迟加载、访问控制等功能。

模式结构

代理模式包含以下主要角色：

• Subject（抽象主题）：声明真实主题和代理主题的共同接口，客户端通过该接口访问真实主题。
• RealSubject（真实主题）：定义代理所代表的真实对象，是客户端最终要访问的对象。
• Proxy（代理）：持有对真实主题的引用，控制对真实主题的访问，并可能负责创建和删除它。

classDiagram class Subject { +request() } class RealSubject { +request() } class Proxy { -realSubject: RealSubject +request() } Subject <|-- RealSubject Subject <|-- Proxy Proxy --> RealSubject

代码示例

以下是一个简单的代理模式示例，展示如何通过代理控制对真实对象的访问：

// 抽象主题
interface Image {
    void display();
}

// 真实主题
class RealImage implements Image {
    private String filename;

    public RealImage(String filename) {
        this.filename = filename;
        loadFromDisk();
    }

    private void loadFromDisk() {
        System.out.println("Loading image: " + filename);
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Displaying image: " + filename);
    }
}

// 代理
class ProxyImage implements Image {
    private RealImage realImage;
    private String filename;

    public ProxyImage(String filename) {
        this.filename = filename;
    }

    @Override
    public void display() {
        if (realImage == null) {
            realImage = new RealImage(filename); // 延迟加载
        }
        realImage.display();
    }
}

// 客户端代码
public class ProxyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Image image = new ProxyImage("test.jpg");
        
        // 图像将从磁盘加载
        image.display();
        System.out.println("---");
        
        // 图像不需要再次加载
        image.display();
    }
}

输出结果：

Loading image: test.jpg
Displaying image: test.jpg
---
Displaying image: test.jpg

代理模式类型

代理模式有多种变体，常见的包括： 1. 虚拟代理：延迟创建开销大的对象（如上述图像加载示例）。 2. 保护代理：控制对原始对象的访问权限。 3. 远程代理：为位于不同地址空间的对象提供本地代表（如RPC调用）。 4. 智能引用代理：在访问对象时执行附加操作（如引用计数、线程安全检查等）。

实际应用案例

1. Spring AOP

Spring框架使用代理模式实现面向切面编程（AOP）。当使用@Transactional注解时，Spring会创建目标对象的代理，在方法调用前后添加事务管理逻辑。

2. 缓存代理

代理可以用于实现缓存机制，当客户端请求数据时，代理首先检查缓存，如果存在则直接返回，否则访问真实对象并将结果缓存。

class DataFetcher:
    def fetch_data(self, key):
        # 模拟耗时操作
        print(f"Fetching data for key: {key}")
        return f"Data for {key}"

class CachingProxy:
    def __init__(self, real_fetcher):
        self.real_fetcher = real_fetcher
        self.cache = {}

    def fetch_data(self, key):
        if key not in self.cache:
            self.cache[key] = self.real_fetcher.fetch_data(key)
        return self.cache[key]

# 使用示例
fetcher = CachingProxy(DataFetcher())
print(fetcher.fetch_data("user1"))  # 从真实对象获取
print(fetcher.fetch_data("user1"))  # 从缓存获取

优缺点

优点：

• 可以在不修改目标对象的情况下扩展其功能
• 将客户端与目标对象分离，降低系统耦合度
• 可以实现精细化的访问控制
• 支持延迟加载和按需创建对象

缺点：

• 可能增加系统复杂度
• 代理调用可能引入轻微的性能开销
• 某些代理模式实现需要生成额外类（如动态代理）

数学表示

代理模式可以形式化表示为： $\{\begin{array}{ll}Client\to Proxy& \text{客户端访问代理}\\ Proxy\to RealSubject& \text{代理在必要时访问真实对象}\\ Proxy\cong RealSubject& \text{代理与真实对象接口相同}\end{array}$

总结

代理模式是一种强大的设计模式，它通过引入间接层提供了对目标对象的灵活控制。理解代理模式有助于开发者设计更灵活、可维护的系统架构，特别是在需要控制对象访问或添加横切关注点时。