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1.1、概述
由于某些原因#xff0c;客户端不想或不能直接访问某个对象#xff0c;此时可以通过一个被称为“代理”的第三者来实现间接访问#xff0c;该方案对应的设计模式被称为代理模式。
代理模式是一种应用很广泛的结构型设计模式#xff0c;而且变化很多。…1、简介
1.1、概述
由于某些原因客户端不想或不能直接访问某个对象此时可以通过一个被称为“代理”的第三者来实现间接访问该方案对应的设计模式被称为代理模式。
代理模式是一种应用很广泛的结构型设计模式而且变化很多。在代理模式中引入了一个新的代理对象代理对象可以在客户端对象和目标对象之间起到中介的作用去掉客户不能看到的内容和服务或者增添客户需要的额外服务。
1.2、定义
代理模式Proxy Pattern给某一个对象提供一个代理并由代理对象控制对原对象的引用。代理模式是一种对象结构型模式。
2、解析
2.1、UML类图
代理模式的结构比较简单其核心是代理类。为了让客户端能够一致性地对待真实对象和代理对象在代理模式中引入了抽象层。代理模式结构如下图所示 可以看出在代理模式结构图中包含以下3个角色
Subject抽象主题角色它声明了真实主题和代理主题的共同接口使得在任何使用真实主题的地方都可以使用代理主题客户端通常需要针对抽象主题角色进行编程。Proxy代理主题角色代理主题角色内部包含了对真实主题的引用从而可以在任何时候操作真实主题对象。在代理主题角色中提供一个与真实主题角色相同的接口以便在任何时候都可以替代真实主题。代理主题角色还可以控制对真实主题的使用负责在需要的时候创建和删除真实主题对象并对真实主题对象的使用加以约束。通常在代理主题角色中客户端在调用所引用的真实主题操作之前或之后还需要执行其他操作而不仅仅是单纯调用真实主题对象中的操作。RealSubject真实主题角色它定义了代理角色所代表的真实对象在真实主题角色中实现了真实的业务操作客户端可以通过代理主题角色间接调用真实主题角色中定义的操作。
2.2、代码示例
代理模式的结构图比较简单但是在真实的使用和实现过程中要复杂很多特别是代理类的设计和实现。 最简单的代理类实现代码如下
class Proxy extends Subject{// 维持一个对真实主题对象的引用private RealSubject realSubjectnew RealSubject();public void preRequest(){}public void request(){preRequest();// 调用真实主题对象的方法realSubject.request();postRequest(); }public void postRequest(){}
}在实际开发过程中代理类的实现比上述代码要复杂很多。代理模式根据其目的和实现方式不同可分为很多种类其中常用的几种代理模式简要说明如下。
远程代理Remote Proxy为一个位于不同的地址空间的对象提供一个本地的代理对象这个不同的地址空间可以在同一台主机中也可以在另一台主机中。远程代理又称为大使Ambassador。虚拟代理Virtual Proxy如果需要创建一个资源消耗较大的对象先创建一个消耗相对较小的对象来表示真实对象只在需要时才会被真正创建。保护代理Protect Proxy控制对一个对象的访问可以给不同的用户提供不同级别的使用权限。缓冲代理Cache Proxy为某一个目标操作的结果提供临时的存储空间以便多个客户端可以共享这些结果。智能引用代理Smart Reference Proxy当一个对象被引用时提供一些额外的操作例如将对象被调用的次数记录下来等。
在这些常用的代理模式中有些代理类的设计非常复杂。例如远程代理类它封装了底层网络通信和对远程对象的调用其实现较为复杂。
扩展代理模式和装饰模式在实现时有些类似但是代理模式主要是给真实主题类增加一些全新的职责例如权限控制、缓冲处理、智能引用、远程访问等这些职责与原有职责不属于同一个问题域。而装饰模式是通过装饰类为具体构件类增加一些相关的职责是对原有职责的扩展这些职责属于同一问题域。代理模式和装饰模式的目的也不相同前者是控制对对象的访问而后者是为对象动态地增加功能。
3、分类
3.1、远程代理
远程代理是一种常用的代理模式它使得客户端程序可以访问在远程主机或另一个虚拟机上的对象。远程主机可能具有更好的计算性能与处理速度可以快速响应并处理客户端请求。远程代理可以将网络的细节隐藏起来使得客户端不必考虑网络的存在。客户端完全可以认为被代理的远程业务对象是局域的而不是远程的而远程代理对象承担了大部分的网络通信工作并负责对远程业务方法的调用。 客户端对象不能直接访问远程主机中的业务对象只能采取间接访问的方式。远程业务对象在本地主机中有一个代理对象该代理对象负责对远程业务对象的访问和网络通信它对于客户端对象而言是透明的。客户端无须关心实现具体业务的是谁只需要按照服务接口所定义的方式直接与本地主机中的代理对象交互即可。
在Java语言中可以通过RMIRemote Method Invocation远程方法调用机制来实现远程代理它能够实现一个Java虚拟机中的对象调用另一个Java虚拟机中对象的方法。在RMI中客户端对象可以通过一个桩Stub对象与远程主机上的业务对象进行通信。由于桩对象和远程业务对象接口一致因此对于客户端而言操作远程对象和本地桩对象没有任何区别桩对象就是远程业务对象在本地主机的代理对象。
在RMI实现过程中远程主机端有一个Skeleton骨架对象来负责与Stub对象通信RMI的基本实现步骤如下
客户端发起请求将请求转交至RMI客户端的Stub类。Stub类将请求的接口、方法、参数等信息进行序列化。将序列化后的流使用Socket传输至服务器端。服务器端接收到流后将其转发至相应的Skeleton类。Skeleton类将请求信息反序列化后调用实际的业务处理类。业务处理类处理完毕后将结果返回给Skeleton类。Skeleton类将结果序列化再次通过Socket将流传送给客户端的Stub。Stub在接收到流后进行反序列化将反序列化后得到的Java Object对象返回给客户端调用者。
至此一次完整的远程方法调用得以完成。
扩展除了RMI之外在Java语言中还可以通过很多其他方式来实现远程通信和远程方法调用例如XML-RPC、Binary-RPC、JBoss-Remoting、Spring-Remoting、Hessian等。
3.2、虚拟代理
虚拟代理也是一种常用的代理模式。对于一些占用系统资源较多或者加载时间较长的对象可以给这些对象提供一个虚拟代理。在真实对象创建成功之前虚拟代理扮演真实对象的替身而当真实对象创建之后虚拟代理将用户的请求转发给真实对象。
在以下两种情况下可以考虑使用虚拟代理
由于对象本身的复杂性或者网络等原因导致一个对象需要较长的加载时间此时可以用一个加载时间相对较短的代理对象来代表真实对象。通常在实现时可以结合多线程技术一个线程用于显示代理对象其他线程用于加载真实对象。这种虚拟代理模式可以应用在程序启动的时候由于创建代理对象在时间和处理复杂度上要少于创建真实对象因此在程序启动时可以用代理对象代替真实对象初始化大大加速系统的启动时间。当需要使用真实对象时再通过代理对象来引用而此时真实对象可能已经成功加载完毕可以缩短用户的等待时间。当一个对象的加载十分耗费系统资源的时候也非常适合使用虚拟代理。虚拟代理可以让那些占用大量内存或处理起来非常复杂的对象推迟到使用它们的时候才创建而在此之前用一个相对来说占用资源较少的代理对象来代表真实对象再通过代理对象来引用真实对象。为了节省内存在第一次引用真实对象时再创建对象并且该对象可被多次重用在以后每次访问时需要检测所需对象是否已经被创建因此在访问该对象时需要进行存在性检测这需要消耗一定的系统时间但是可以节省内存空间这是一种用时间换取空间的做法。
无论是以上哪种情况虚拟代理都是用一个“虚假”的代理对象来代表真实对象通过代理对象来间接引用真实对象从而在一定程度上提高系统的性能。
3.3、JAVA动态代理
通常情况下每个代理类编译之后都会生成一个class文件代理类所实现的接口和所代理的方法都被固定这种代理被称为静态代理Static Proxy。那么有没有一种机制能够让系统在运行时动态创建代理类答案就是动态代理Dynamic Proxy。动态代理是一种较为高级的代理模式它在事务管理、AOPAspect-Oriented Programming面向方面编程等领域都发挥了重要的作用。
在传统的代理模式中客户端通过Proxy类调用RealSubject类的request方法同时还可以在代理类中封装其他方法例如preRequest和postRequest等。如果按照这种方法使用代理模式那么代理类和真实主题类都应该是事先已经存在的代理类的接口和所代理方法都已明确指定。如果需要为不同的真实主题类提供代理类或者代理一个真实主题类中的不同方法都需要增加新的代理类这将导致系统中的类个数急剧增加因此需要想办法减少系统中类的个数。动态代理可以让系统能够根据实际需要来动态创建代理类让同一个代理类能够代理多个不同的真实主题类而且可以代理不同的方法。
从JDK 1.3开始Java语言提供了对动态代理的支持。Java语言实现动态代理时需要用到位于java.lang.reflect包中的一些类现简要说明如下。
1、Proxy类
Proxy类提供了用于创建动态代理类和实例对象的方法它是所创建的动态代理类的父类最常用的方法如下
public static Class?getProxyClassClassLoader loaderClass?…interfaces该方法用于返回一个Class类型的代理类在参数中需要提供类加载器并需要指定代理的接口数组与真实主题类的接口列表一致。publicstaticObjectnewProxyInstanceClassLoaderloaderClass?[]interfacesInvocationHandler h该方法用于返回一个动态创建的代理类的实例方法中第1个参数loader表示代理类的类加载器第2个参数interfaces表示代理类所实现的接口列表与真实主题类的接口列表一致第3个参数h表示所指派的调用处理程序类。
2、InvocationHandler接口
InvocationHandler接口是代理处理程序类的实现接口该接口作为代理实例的调用处理者的公共父类。每个代理类的实例都可以提供一个相关的具体调用处理者InvocationHandler接口的子类。在该接口中声明了如下方法
public Object invokeObject proxyMethod methodObject[]args该方法用于处理对代理类实例的方法调用并返回相应的结果当一个代理实例中的业务方法被调用时将自动调用该方法。invoke方法包含3个参数其中第1个参数proxy表示代理类的实例第2个参数method表示需要代理的方法第3个参数args表示代理方法的参数数组。
动态代理类需要在运行时指定所代理真实主题类的接口。客户端在调用动态代理对象的方法时调用请求会将请求自动转发给InvocationHandler对象的invoke方法由invoke方法来实现对请求的统一处理。
扩展JDK中提供的动态代理只能代理一个或多个接口如果需要动态代理具体类或抽象类可以使用CGLibCode Generation Library等工具。CGLib是一个功能较为强大、性能和质量也较好的代码生成包在许多AOP框架中得到了广泛应用。大家可以自行查阅相关资料来学习CGLib。
4、代理模式总结
代理模式是常用的结构型设计模式之一它为对象的间接访问提供了一个解决方案可以对对象的访问进行控制。代理模式类型较多其中远程代理、虚拟代理、保护代理等在软件开发中应用非常广泛。在Java RMI、EJB、Web Service、Spring AOP等技术和框架中都使用了代理模式。
4.1、主要优点
代理模式能够协调调用者和被调用者在一定程度上降低了系统的耦合度满足迪米特法则。客户端可以针对抽象主题角色进行编程增加和更换代理类无须修改源代码符合开闭原则系统具有较好的灵活性和可扩展性。远程代理为位于两个不同地址空间对象的访问提供了一种实现机制可以将一些消耗资源较多的对象和操作移至性能更好的计算机上提高系统的整体运行效率。虚拟代理通过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可以在一定程度上节省系统的运行开销。保护代理可以控制对一个对象的访问权限为不同用户提供不同级别的使用权限。
4.2、主要缺点
1由于在客户端和真实主题之间增加了代理对象因此有些类型的代理模式可能会造成请求的处理速度变慢例如保护代理。
2实现代理模式需要额外的工作有些代理模式的实现非常复杂例如远程代理。
4.3、适用场景
代理模式的类型较多不同类型的代理模式有不同的优缺点它们应用于不同的场合。
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。例如一个对象需要很长时间才能完成加载时。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。通过缓冲代理系统无须在客户端每次访问时都重新执行操作只需直接从临时缓冲区获取操作结果即可。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。
