十二、结构型（代理模式）

代理模式（Proxy Pattern）

概念
代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，代理对象在不改变目标对象功能的前提下，通过控制对目标对象的访问，来实现延迟加载、权限控制、日志记录等功能。代理模式可以通过提供一个中介对象，来控制客户端和实际目标对象之间的交互。

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应用场景

1. 远程代理（Remote Proxy）：为位于不同地址空间的对象提供代理，解决远程调用问题。典型的例子是RMI（Remote Method Invocation），通过代理对象进行远程方法调用。

2. 虚拟代理（Virtual Proxy）：为某些需要较高开销的对象提供代理，延迟其加载和创建。比如，大型图片或文档的加载可以通过虚拟代理来进行，只有当真正需要时才创建实际对象。

3. 保护代理（Protection Proxy）：用于控制对对象的访问权限。代理对象检查调用者是否具有访问权限，只有在权限允许时，才能访问目标对象。

4. 智能引用代理（Smart Reference Proxy）：在访问对象时加入一些附加操作，如统计实际对象的引用次数、记录日志、检查锁等。

5. 缓存代理（Caching Proxy）：代理可以缓存某些计算结果或操作结果，使得后续的相同请求不需要重复计算，提升系统性能。

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注意点

• 代理类和实际类必须实现相同的接口：代理类的设计应与目标类保持一致，使得客户端在使用代理类时与使用实际类没有差异。
• 性能开销：尽管代理模式可以增加功能，但也可能增加系统开销，尤其是远程代理涉及到网络传输时。
• 适合复杂的控制场景：代理模式尤其适合在需要控制访问、管理复杂操作、或添加额外处理逻辑的场景中使用。

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核心要素

1. Subject（抽象主题角色）：定义代理类和目标类的共同接口，使得代理类和目标类可以被客户端通过相同的方式调用。
2. RealSubject（真实主题角色）：定义目标对象，实现真实的业务逻辑。
3. Proxy（代理角色）：负责控制对真实主题对象的访问，通常会引用一个真实主题对象，并通过实现抽象主题接口来代理其操作。

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Java代码完整示例

代码示例：静态代理

// 抽象接口，定义真实主题和代理共同的行为
interface Subject {void request();
}// 真实主题，实现实际的业务逻辑
class RealSubject implements Subject {@Overridepublic void request() {System.out.println("真实主题执行请求");}
}// 代理类，控制对真实主题的访问
class Proxy implements Subject {private RealSubject realSubject;@Overridepublic void request() {// 代理可以在调用真实对象之前执行一些额外操作if (realSubject == null) {realSubject = new RealSubject();}System.out.println("代理：在调用真实对象前的额外操作");realSubject.request();System.out.println("代理：在调用真实对象后的额外操作");}
}// 客户端
public class Client {public static void main(String[] args) {Subject proxy = new Proxy();proxy.request();}
}

输出结果：

代理：在调用真实对象前的额外操作
真实主题执行请求
代理：在调用真实对象后的额外操作

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各种变形用法完整示例

1. 虚拟代理（Virtual Proxy）
   虚拟代理的主要目的是推迟大开销对象的创建，直到需要使用时才创建。典型例子是延迟加载大型图片或文档。

   代码示例：

   interface Image {void display();
   }// 真实的图像类，实际加载图片
   class RealImage implements Image {private String fileName;public RealImage(String fileName) {this.fileName = fileName;loadFromDisk();}private void loadFromDisk() {System.out.println("加载图片: " + fileName);}@Overridepublic void display() {System.out.println("显示图片: " + fileName);}
   }// 虚拟代理类
   class ProxyImage implements Image {private RealImage realImage;private String fileName;public ProxyImage(String fileName) {this.fileName = fileName;}@Overridepublic void display() {if (realImage == null) {realImage = new RealImage(fileName);}realImage.display();}
   }// 客户端
   public class VirtualProxyClient {public static void main(String[] args) {Image image = new ProxyImage("test.jpg");// 图片首次显示时加载image.display();System.out.println("");// 第二次调用时不需要加载image.display();}
   }
   

   输出结果：

   加载图片: test.jpg
   显示图片: test.jpg显示图片: test.jpg
   

2. 动态代理（Dynamic Proxy）
   动态代理是在运行时创建代理类，而不是在编译时创建。在Java中，可以使用java.lang.reflect.Proxy类来实现动态代理，代理类可以动态代理接口定义的所有方法。

   代码示例：

   import java.lang.reflect.InvocationHandler;
   import java.lang.reflect.Method;
   import java.lang.reflect.Proxy;// 定义抽象接口
   interface Service {void operation();
   }// 实现接口的真实类
   class RealService implements Service {@Overridepublic void operation() {System.out.println("执行实际操作");}
   }// 动态代理处理器
   class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {private Object target;public DynamicProxyHandler(Object target) {this.target = target;}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {System.out.println("动态代理：在方法执行前");Object result = method.invoke(target, args);System.out.println("动态代理：在方法执行后");return result;}
   }// 客户端
   public class DynamicProxyClient {public static void main(String[] args) {RealService realService = new RealService();Service proxyInstance = (Service) Proxy.newProxyInstance(realService.getClass().getClassLoader(),realService.getClass().getInterfaces(),new DynamicProxyHandler(realService));proxyInstance.operation();}
   }
   

   输出结果：

   动态代理：在方法执行前
   执行实际操作
   动态代理：在方法执行后
   

3. 保护代理（Protection Proxy）
   保护代理用于控制访问权限，可以通过代理来检查调用者是否具备权限，只有在通过检查时，才能调用目标对象的方法。

   代码示例：

   interface BankAccount {void deposit(double amount);void withdraw(double amount);
   }class RealBankAccount implements BankAccount {private double balance;public RealBankAccount(double balance) {this.balance = balance;}@Overridepublic void deposit(double amount) {balance += amount;System.out.println("存款成功，当前余额: " + balance);}@Overridepublic void withdraw(double amount) {if (balance >= amount) {balance -= amount;System.out.println("取款成功，当前余额: " + balance);} else {System.out.println("余额不足，取款失败");}}
   }// 保护代理类
   class ProtectionProxy implements BankAccount {private RealBankAccount realBankAccount;private String userRole;public ProtectionProxy(String userRole, double initialBalance) {this.userRole = userRole;realBankAccount = new RealBankAccount(initialBalance);}@Overridepublic void deposit(double amount) {realBankAccount.deposit(amount);}@Overridepublic void withdraw(double amount) {if ("ADMIN".equals(userRole)) {realBankAccount.withdraw(amount);} else {System.out.println("无权限取款");}}
   }// 客户端
   public class ProtectionProxyClient {public static void main(String[] args) {BankAccount adminAccount = new ProtectionProxy("ADMIN", 1000);adminAccount.withdraw(500);BankAccount userAccount = new ProtectionProxy("USER", 1000);userAccount.withdraw(500);}
   }
   

   输出结果：

   取款成功，当前余额: 500.0
   无权限取款
   

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总结
代理模式通过引入代理类为目标对象提供额外的功能或控制。它适用于延迟加载、权限控制、日志记录、远程调用等场景。代理模式可以分为静态代理和动态代理，并且具有多种变体，如虚拟代理、保护代理、远程代理等。