设计模式之Proxy(代理)

理解并使用设计模式,能够培养我们良好的面向对象编程习惯,同时在实际应用中,可以如鱼得水,享受游刃有余的乐趣.

Proxy是比较有用途的一种模式,而且变种较多,应用场合覆盖从小结构到整个系统的大结构,Proxy是代理的意思,我们也许有代理服务器等概念,代理概念可以解释为:在出发点到目的地之间有一道中间层,意为代理.

设计模式中定义: 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问.

为什么要使用Proxy?
1.授权机制 不同级别的用户对同一对象拥有不同的访问权利,如Jive论坛系统中,就使用Proxy进行授权机制控制,访问论坛有两种人:注册用户和游客(未注册用户),Jive中就通过类似ForumProxy这样的代理来控制这两种用户对论坛的访问权限.

2.某个客户端不能直接操作到某个对象,但又必须和那个对象有所互动.
举例两个具体情况:
(1)如果那个对象是一个是很大的图片,需要花费很长时间才能显示出来,那么当这个图片包含在文档中时,使用编辑器或浏览器打开这个文档,打开文档必须很迅速,不能等待大图片处理完成,这时需要做个图片Proxy来代替真正的图片.

(2)如果那个对象在Internet的某个远端服务器上,直接操作这个对象因为网络速度原因可能比较慢,那我们可以先用Proxy来代替那个对象.

总之原则是,对于开销很大的对象,只有在使用它时才创建,这个原则可以为我们节省很多宝贵的Java内存. 所以,有些人认为Java耗费资源内存,我以为这和程序编制思路也有一定的关系.

如何使用Proxy?
以Jive论坛系统为例,访问论坛系统的用户有多种类型:注册普通用户 论坛管理者 系统管理者 游客,注册普通用户才能发言;论坛管理者可以管理他被授权的论坛;系统管理者可以管理所有事务等,这些权限划分和管理是使用Proxy完成的.

Forum是Jive的核心接口,在Forum中陈列了有关论坛操作的主要行为,如论坛名称 论坛描述的获取和修改,帖子发表删除编辑等.

在ForumPermissions中定义了各种级别权限的用户:

public class ForumPermissions implements Cacheable {

/**
* Permission to read object.
*/
public static final int READ = 0;

/**
* Permission to administer the entire sytem.
*/
public static final int SYSTEM_ADMIN = 1;

/**
* Permission to administer a particular forum.
*/
public static final int FORUM_ADMIN = 2;

/**
* Permission to administer a particular user.
*/
public static final int USER_ADMIN = 3;

/**
* Permission to administer a particular group.
*/
public static final int GROUP_ADMIN = 4;

/**
* Permission to moderate threads.
*/
public static final int MODERATE_THREADS = 5;

/**
* Permission to create a new thread.
*/
public static final int CREATE_THREAD = 6;

/**
* Permission to create a new message.
*/
public static final int CREATE_MESSAGE = 7;

/**
* Permission to moderate messages.
*/
public static final int MODERATE_MESSAGES = 8;

.....

public boolean isSystemOrForumAdmin() {
　　return (values[FORUM_ADMIN] || values[SYSTEM_ADMIN]);
}

.....

}


因此,Forum中各种操作权限是和ForumPermissions定义的用户级别有关系的,作为接口Forum的实现:ForumProxy正是将这种对应关系联系起来.比如,修改Forum的名称,只有论坛管理者或系统管理者可以修改,代码如下:

public class ForumProxy implements Forum {

private ForumPermissions permissions;
private Forum forum;
this.authorization = authorization;

public ForumProxy(Forum forum, Authorization authorization,
ForumPermissions permissions)
{
this.forum = forum;
this.authorization = authorization;
this.permissions = permissions;
}

.....

public void setName(String name) throws UnauthorizedException,
ForumAlreadyExistsException
{
　　//只有是系统或论坛管理者才可以修改名称
　　if (permissions.isSystemOrForumAdmin()) {
　　　　forum.setName(name);
　　}
　　else {
　　　　throw new UnauthorizedException();
　　}
}

...

}


而DbForum才是接口Forum的真正实现,以修改论坛名称为例:

public class DbForum implements Forum, Cacheable {
...

public void setName(String name) throws ForumAlreadyExistsException {

　　....

　　this.name = name;
　　//这里真正将新名称保存到数据库中
　　saveToDb();

　　....
}


...

}


凡是涉及到对论坛名称修改这一事件,其他程序都首先得和ForumProxy打交道,由ForumProxy决定是否有权限做某一样事情,ForumProxy是个名副其实的"网关","安全代理系统".

在平时应用中,无可避免总要涉及到系统的授权或安全体系,不管你有无意识的使用Proxy,实际你已经在使用Proxy了.

我们继续结合Jive谈入深一点,下面要涉及到工厂模式了,如果你不了解工厂模式,请看我的另外一篇文章:设计模式之Factory

我们已经知道,使用Forum需要通过ForumProxy,Jive中创建一个Forum是使用Factory模式,有一个总的抽象类ForumFactory,在这个抽象类中,调用ForumFactory是通过getInstance()方法实现,这里使用了Singleton(也是设计模式之一,由于介绍文章很多,我就不写了,看这里),getInstance()返回的是ForumFactoryProxy.

为什么不返回ForumFactory,而返回ForumFactory的实现ForumFactoryProxy?
原因是明显的,需要通过代理确定是否有权限创建forum.

在ForumFactoryProxy中我们看到代码如下:

public class ForumFactoryProxy extends ForumFactory {

　　protected ForumFactory factory;
　　protected Authorization authorization;
　　protected ForumPermissions permissions;

　　public ForumFactoryProxy(Authorization authorization, ForumFactory factory,
　　ForumPermissions permissions)
　　{
　　　　this.factory = factory;
　　　　this.authorization = authorization;
　　　　this.permissions = permissions;
　　}

　　public Forum createForum(String name, String description)
　　　　　　throws UnauthorizedException, ForumAlreadyExistsException
　　{
　　　　//只有系统管理者才可以创建forum
　　　　if (permissions.get(ForumPermissions.SYSTEM_ADMIN)) {
　　　　　　Forum newForum = factory.createForum(name, description);
　　　　　　return new ForumProxy(newForum, authorization, permissions);
　　　　}
　　　　else {
　　　　　　throw new UnauthorizedException();
　　}
}


方法createForum返回的也是ForumProxy, Proxy就象一道墙,其他程序只能和Proxy交互操作.

注意到这里有两个Proxy:ForumProxy和ForumFactoryProxy. 代表两个不同的职责:使用Forum和创建Forum;
至于为什么将使用对象和创建对象分开,这也是为什么使用Factory模式的原因所在:是为了"封装" "分派";换句话说,尽可能功能单一化,方便维护修改.

Jive论坛系统中其他如帖子的创建和使用,都是按照Forum这个思路而来的.

以上我们讨论了如何使用Proxy进行授权机制的访问,Proxy还可以对用户隐藏另外一种称为copy-on-write的优化方式.拷贝一个庞大而复杂的对象是一个开销很大的操作,如果拷贝过程中,没有对原来的对象有所修改,那么这样的拷贝开销就没有必要.用代理延迟这一拷贝过程.

比如:我们有一个很大的Collection,具体如hashtable,有很多客户端会并发同时访问它.其中一个特别的客户端要进行连续的数据获取,此时要求其他客户端不能再向hashtable中增加或删除 东东.

最直接的解决方案是:使用collection的lock,让这特别的客户端获得这个lock,进行连续的数据获取,然后再释放lock.
public void foFetches(Hashtable ht){
　　synchronized(ht){
　　　　//具体的连续数据获取动作..
　　}

}

但是这一办法可能锁住Collection会很长时间,这段时间,其他客户端就不能访问该Collection了.

第二个解决方案是clone这个Collection,然后让连续的数据获取针对clone出来的那个Collection操作.这个方案前提是,这个Collection是可clone的,而且必须有提供深度clone的方法.Hashtable就提供了对自己的clone方法,但不是Key和value对象的clone,关于Clone含义可以参考专门文章.
public void foFetches(Hashtable ht){

　　Hashttable newht=(Hashtable)ht.clone();

}

问题又来了,由于是针对clone出来的对象操作,如果原来的母体被其他客户端操作修改了, 那么对clone出来的对象操作就没有意义了.

最后解决方案:我们可以等其他客户端修改完成后再进行clone,也就是说,这个特别的客户端先通过调用一个叫clone的方法来进行一系列数据获取操作.但实际上没有真正的进行对象拷贝,直至有其他客户端修改了这个对象Collection.

使用Proxy实现这个方案.这就是copy-on-write操作.

Proxy应用范围很广,现在流行的分布计算方式RMI和Corba等都是Proxy模式的应用.

更多Proxy应用,见http://www.research.umbc.edu/~tarr/cs491/lectures/Proxy.pdf

Sun公司的 Explore the Dynamic Proxy API Dynamic Proxy Classes