研磨设计模式 之 代理模式（Proxy）3——跟着cc学设计系列

11.3  模式讲解

11.3.1  认识代理模式

（1）代理模式的功能

代理模式是通过创建一个代理对象，用这个代理对象去代表真实的对象，客户端得到这个代理对象过后，对客户端没有什么影响，就跟得到了真实对象一样来使用。

       当客户端操作这个代理对象的时候，实际上功能最终还是会由真实的对象来完成，只不过是通过代理操作的，也就是客户端操作代理，代理操作真正的对象。

       正是因为有代理对象夹在客户端和被代理的真实对象中间，相当于一个中转，那么在中转的时候就有很多花招可以玩，比如：判断一下权限，如果没有足够的权限那就不给你中转了，等等。

（2）代理的分类

事实上代理又被分成多种，大致有如下一些：

• 虚代理：根据需要来创建开销很大的对象，该对象只有在需要的时候才会被真正创建
• 远程代理：用来在不同的地址空间上代表同一个对象，这个不同的地址空间可以是在本机，也可以在其它机器上，在Java里面最典型的就是RMI技术
• copy-on-write代理：在客户端操作的时候，只有对象确实改变了，才会真的拷贝（或克隆）一个目标对象，算是虚代理的一个分支
• 保护代理：控制对原始对象的访问，如果有需要，可以给不同的用户提供不同的访问权限，以控制他们对原始对象的访问
• Cache代理：为那些昂贵的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
• 防火墙代理：保护对象不被恶意用户访问和操作
• 同步代理：使多个用户能够同时访问目标对象而没有冲突
• 智能指引：在访问对象时执行一些附加操作，比如：对指向实际对象的引用计数、第一次引用一个持久对象时，将它装入内存等

       在这些代理类型中，最常见的是：虚代理、保护代理、远程代理和智能指引这几种。本书主要讨论和示例了虚代理和保护代理，这是实际开发中使用频率最高的。

对于远程代理，没有去讨论，因为在Java中，远程代理的典型体现是RMI技术，要把远程代理讲述清楚，就需要把RMI讲述清楚，这不在本书讨论范围之内。

对于智能指引，基本的实现方式和保护代理的实现类似，只是实现的具体功能有所不同，因此也没有具体去讨论和示例。

（3）虚代理的示例

       前面的例子就是一个典型的虚代理的实现。

起初每个代理对象只有用户编号和姓名的数据，直到需要的时候，才会把整个用户的数据装载到内存中来。

也就是说，要根据需要来装载整个UserModel的数据，虽然用户数据对象是前面已经创建好了的，但是只有用户编号和姓名的数据，可以看成是一个“虚”的对象，直到通过代理把所有的数据都设置好，才算是一个完整的用户数据对象。

（4）copy-on-write

       拷贝一个大的对象是很消耗资源的，如果这个被拷贝的对象从上次操作以来，根本就没有被修改过，那么再拷贝这个对象是没有必要的，白白消耗资源而已。那么就可以使用代理来延迟拷贝的过程，可以等到对象被修改的时候才真的对它进行拷贝。

       copy-on-write可以大大降低拷贝大对象的开销，因此它算是一种优化方式，可以根据需要来拷贝或者克隆对象。

（5）具体目标和代理的关系

       从代理模式的结构图来看，好像是有一个具体目标类就有一个代理类，其实不是这样的。如果代理类能完全通过接口来操作它所代理的目标对象，那么代理对象就不需要知道具体的目标对象，这样就无须为每一个具体目标类都创建一个代理类了。

       但是，如果代理类必须要实例化它代理的目标对象，那么代理类就必须知道具体被代理的对象，这种情况下，一个具体目标类通常会有一个代理类。这种情况多出现在虚代理的实现里面。

（6）代理模式调用顺序示意图

代理模式调用顺序如图11.4所示：

 

图11.4  代理模式调用顺序示意图

11.3.2  保护代理

       保护代理是一种控制对原始对象访问的代理，多用于对象应该有不同的访问权限的时候。保护代理会检查调用者是否具有请求所必需的访问权限，如果没有相应的权限，那么就不会调用目标对象，从而实现对目标对象的保护。

       还是通过一个示例来说明。

1：示例需求

现在有一个订单系统，要求是：一旦订单被创建，只有订单的创建人才可以修改订单中的数据，其他人不能修改。

相当于现在如果有了一个订单对象实例，那么就需要控制外部对它的访问，满足条件的可以访问，而不满足条件的就不能访问了。

2：示例实现

（1）订单对象的接口定义

要实现这个功能需要，先来定义订单对象的接口，很简单，主要是对订单对象的属性的getter/setter方法，示例代码如下：

/**

 * 订单对象的接口定义

 */

public interface OrderApi {

    /**

     * 获取订单订购的产品名称

     * @return 订单订购的产品名称

     */

    public String getProductName();

    /**

     * 设置订单订购的产品名称

     * @param productName 订单订购的产品名称

     * @param user 操作人员

     */

    public void setProductName(String productName,String user);

    /**

     * 获取订单订购的数量

     * @return 订单订购的数量

     */

    public int getOrderNum();

    /**

     * 设置订单订购的数量

     * @param orderNum 订单订购的数量

     * @param user 操作人员

     */

    public void setOrderNum(int orderNum,String user);

    /**

     * 获取创建订单的人员

     * @return 创建订单的人员

     */

    public String getOrderUser();

    /**

     * 设置创建订单的人员

     * @param orderUser 创建订单的人员

     * @param user 操作人员

     */

    public void setOrderUser(String orderUser,String user);

}

（2）订单对象

接下来定义订单对象，原本订单对象需要描述的属性很多，为了简单，只描述三个就好了，示例代码如下：

/**

 * 订单对象

 */

public class Order implements OrderApi{

    /**

     * 订单订购的产品名称

     */

    private String productName;

    /**

     * 订单订购的数量

     */

    private int orderNum;

    /**

     * 创建订单的人员

     */

    private String orderUser;

 

    /**

     * 构造方法，传入构建需要的数据

     * @param productName 订单订购的产品名称

     * @param orderNum 订单订购的数量

     * @param orderUser 创建订单的人员

     */

    public Order(String productName,int orderNum,String orderUser){

       this.productName = productName;

       this.orderNum = orderNum;

       this.orderUser = orderUser;

    }

 

    public String getProductName() {

       return productName;

    }

    public void setProductName(String productName,String user) {

       this.productName = productName;

    }

    public int getOrderNum() {

       return orderNum;

    }

    public void setOrderNum(int orderNum,String user) {

       this.orderNum = orderNum;

    }

    public String getOrderUser() {

       return orderUser;

    }

    public void setOrderUser(String orderUser,String user) {

       this.orderUser = orderUser;

    }

}

（3）订单对象的代理

创建好了订单对象，需要创建对它的代理对象了。既然订单代理就相当于一个订单，那么最自然的方式就是让订单代理跟订单对象实现一样的接口；要控制对订单setter方法的访问，那么就需要在代理的方法里面进行权限判断，有权限就调用订单对象的方法，没有权限就提示错误并返回。示例代码如下：

/**

 * 订单的代理对象

 */

public class OrderProxy implements OrderApi{

    /**

     * 持有被代理的具体的目标对象

     */

    private Order order=null;

    /**

     * 构造方法，传入被代理的具体的目标对象

     * @param realSubject 被代理的具体的目标对象

     */

    public OrderProxy(Order realSubject){

       this.order = realSubject;

    }

 

    public void setProductName(String productName,String user) {

       //控制访问权限，只有创建订单的人员才能够修改

       if(user!=null && user.equals(this.getOrderUser())){

           order.setProductName(productName, user);

       }else{

           System.out.println("对不起"+user

+"，您无权修改订单中的产品名称。");

       }

    }

    public void setOrderNum(int orderNum,String user) {

       //控制访问权限，只有创建订单的人员才能够修改

       if(user!=null && user.equals(this.getOrderUser())){

           order.setOrderNum(orderNum, user);

       }else{

           System.out.println("对不起"+user

+"，您无权修改订单中的订购数量。");

       }

    }

    public void setOrderUser(String orderUser,String user) {

       //控制访问权限，只有创建订单的人员才能够修改

       if(user!=null && user.equals(this.getOrderUser())){

           order.setOrderUser(orderUser, user);

       }else{

           System.out.println("对不起"+user

+"，您无权修改订单中的订购人。");

       }

    }

 

    public int getOrderNum() {

       return this.order.getOrderNum();

    }

    public String getOrderUser() {

       return this.order.getOrderUser();

    }

    public String getProductName() {

       return this.order.getProductName();

    }

    public String toString(){

       return "productName="+this.getProductName()+",orderNum="

+this.getOrderNum()+",orderUser="+this.getOrderUser();

    }

}

（4）测试代码

一起来看看如何使用刚刚完成的订单代理，示例代码如下：

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

       //张三先登录系统创建了一个订单

       OrderApi order = new OrderProxy(

new Order("设计模式",100,"张三"));

       //李四想要来修改，那就会报错

       order.setOrderNum(123, "李四");

       //输出order

       System.out.println("李四修改后订单记录没有变化："+order);

       //张三修改就不会有问题

       order.setOrderNum(123, "张三");

       //再次输出order

       System.out.println("张三修改后，订单记录："+order);

    }

}

       运行结果如下：

对不起李四，您无权修改订单中的订购数量。

李四修改后订单记录没有变化：

productName=设计模式,orderNum=100,orderUser=张三

张三修改后，订单记录：productName=设计模式,orderNum=123,orderUser=张三

       从上面的运行结果就可以看出，在通过代理转调目标对象的时候，在代理对象里面，对访问的用户进行了权限判断，如果不满足要求，就不会转调目标对象的方法，从而保护了目标对象的方法，只让有权限的人操作。

11.3.3  Java中的代理

       Java对代理模式提供了内建的支持，在java.lang.reflect包下面，提供了一个Proxy的类和一个InvocationHandler的接口。

       通常把前面自己实现的代理模式，称为Java的静态代理。这种实现方式有一个较大的缺点，就是如果Subject接口发生变化，那么代理类和具体的目标实现都要变化，不是很灵活，而使用Java内建的对代理模式支持的功能来实现则没有这个问题。

       通常把使用Java内建的对代理模式支持的功能来实现的代理称为Java的动态代理。动态代理跟静态代理相比，明显的变化是：静态代理实现的时候，在Subject接口上定义很多的方法，代理类里面自然也要实现很多方法；而动态代理实现的时候，虽然Subject接口上定义了很多方法，但是动态代理类始终只有一个invoke方法。这样当Subject接口发生变化的时候，动态代理的接口就不需要跟着变化了。

       Java的动态代理目前只能代理接口，基本的实现是依靠Java的反射机制和动态生成class的技术，来动态生成被代理的接口的实现对象。具体的内部实现细节这里不去讨论。如果要实现类的代理，可以使用cglib（一个开源的Code Generation Library）。

       还是来看看示例，那就修改上面保护代理的示例，看看如何使用Java的动态代理来实现同样的功能。

（1）订单接口的定义是完全一样的，就不去赘述了。

（2）订单对象的实现，只是添加了一个toString，以方便测试输出，这里也不去示例了。在前面的示例中，toString是实现在代理类里面了。

（3）直接看看代理类的实现，大致有如下变化：

• 要实现InvocationHandler接口
• 需要提供一个方法来实现：把具体的目标对象和动态代理绑定起来，并在绑定好过后，返回被代理的目标对象的接口，以利于客户端的操作
• 需要实现invoke方法，在这个方法里面，去具体判断当前是在调用什么方法，需要如何处理。

示例代码如下：

/**

 * 使用Java中的动态代理

 */

public class DynamicProxy implements InvocationHandler{

    /**

     * 被代理的对象

     */

    private OrderApi order = null;

    /**

     * 获取绑定好代理和具体目标对象后的目标对象的接口

     * @param order 具体的订单对象，相当于具体目标对象

     * @return 绑定好代理和具体目标对象后的目标对象的接口

     */

    public OrderApi getProxyInterface(Order order){

       //设置被代理的对象，好方便invoke里面的操作

       this.order = order;

       //把真正的订单对象和动态代理关联起来

       OrderApi orderApi = (OrderApi) Proxy.newProxyInstance(

              order.getClass().getClassLoader(),

              order.getClass().getInterfaces(),

              this);

       return orderApi;

    }

 

    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)

           throws Throwable {

       //如果是调用setter方法就需要检查权限

       if(method.getName().startsWith("set")){

           //如果不是创建人，那就不能修改

           if(order.getOrderUser()!=null

&& order.getOrderUser().equals(args[1])){

              //可以操作

              return method.invoke(order, args);

           }else{

              System.out.println("对不起，"+args[1]

+"，您无权修改本订单中的数据");

           }

       }else{

           //不是调用的setter方法就继续运行

           return method.invoke(order, args);

       }

       return null;

    }

}

要看明白上面的实现，需要熟悉Java反射的知识，这里就不去展开了。

（4）看看现在的客户端如何使用这个动态代理，示例代码如下：

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

       //张三先登录系统创建了一个订单

       Order order = new Order("设计模式",100,"张三");

 

       //创建一个动态代理

       DynamicProxy dynamicProxy = new DynamicProxy();     

       //然后把订单和动态代理关联起来

       OrderApi orderApi = dynamicProxy.getProxyInterface(order);

 

       //以下就需要使用被代理过的接口来操作了

       //李四想要来修改，那就会报错

       orderApi.setOrderNum(123, "李四");

       //输出order

       System.out.println("李四修改后订单记录没有变化："+orderApi);

       //张三修改就不会有问题

       orderApi.setOrderNum(123, "张三");

       //再次输出order

       System.out.println("张三修改后，订单记录："+orderApi);

    }

}

运行结果如下：

对不起，李四，您无权修改本订单中的数据

李四修改后订单记录没有变化：

productName=设计模式,orderNum=100,orderUser=张三

张三修改后，订单记录：productName=设计模式,orderNum=123,orderUser=张三

       运行的结果跟前面完全由自己实现的代理模式是一样的。

       事实上，Java的动态代理还是实现AOP（面向方面编程）的一个重要手段，AOP的知识这里暂时不去讲述，大家先了解这一点就可以了。

11.3.4  代理模式的优缺点

       代理模式在客户和被客户访问的对象之间，引入了一定程度的间接性，客户是直接使用代理，让代理来与被访问的对象进行交互。不同的代理类型，这种附加的间接性有不同的用途，也就是有不同的特点：

• 远程代理：隐藏了一个对象存在于不同的地址空间的事实，也即是客户通过远程代理去访问一个对象，根本就不关心这个对象在哪里，也不关心如何通过网络去访问到这个对象，从客户的角度来讲，它只是在使用代理对象而已。
• 虚代理：可以根据需要来创建“大”对象，只有到必须创建对象的时候，虚代理才会创建对象，从而大大加快程序运行速度，并节省资源。通过虚代理可以对系统进行优化。
• 保护代理：可以在访问一个对象的前后，执行很多附加的操作，除了进行权限控制之外，还可以进行很多跟业务相关的处理，而不需要修改被代理的对象。也就是说，可以通过代理来给目标对象增加功能。
• 智能指引：跟保护代理类似，也是允许在访问一个对象的前后，执行很多附加的操作，这样一来就可以做很多额外的事情，比如：引用计数等。

11.3.5  思考代理模式

1：代理模式的本质

       代理模式的本质：控制对象访问。

       代理模式通过代理目标对象，把代理对象插入到客户和目标对象之间，从而为客户和目标对象引入一定的间接性，正是这个间接性，给了代理对象很多的活动空间，代理对象可以在调用具体的目标对象前后，附加很多操作，从而实现新的功能或是扩展目标对象的功能，更狠的是，代理对象还可以不去创建和调用目标对象，也就是说，目标对象被完全代理掉了，或是被替换掉了。

       从实现上看，代理模式主要是使用对象的组合和委托，尤其是在静态代理的实现里面，会看得更清楚。但是也可以采用对象继承的方式来实现代理，这种实现方式在某些情况下，比使用对象组合还要来得简单。

举个例子来说明一下，改造11.3.2保护代理的例子来说明。

（1）首先就是去掉OrderApi，现在改成继承的方式实现代理，不再需要公共的接口了

（2）Order对象变化不大，只是去掉实现的OrderApi接口就好了，示例代码如下：

public class Order implements OrderApi {

    //其它的代码没有任何变化，就不去赘述了

}

（3）再看看代理的实现，变化较多，大致有如下的变化：

• 不再实现OrderApi，而改成继承Order
• 不需要再持有目标对象了，因为这个时候父类就是被代理的对象
• 原来的构造方法去掉，重新实现一个传入父类需要的数据的构造方法
• 原来转调目标对象的方法，现在变成调用父类的方法了，用super关键字
• 除了几个被保护代理的setter方法外，不再需要getter方法了

示例代码如下：

/**

 * 订单的代理对象

 */

public class OrderProxy extends Order{

    public OrderProxy(String productName

,int orderNum,String orderUser){

       super(productName,orderNum,orderUser);

    }  

    public void setProductName(String productName,String user) {

       //控制访问权限，只有创建订单的人员才能够修改

       if(user!=null && user.equals(this.getOrderUser())){

           super.setProductName(productName, user);

       }else{

           System.out.println("对不起"+user

+"，您无权修改订单中的产品名称。");

       }

    }

    public void setOrderNum(int orderNum,String user) {

       //控制访问权限，只有创建订单的人员才能够修改

       if(user!=null && user.equals(this.getOrderUser())){

           super.setOrderNum(orderNum, user);

       }else{

           System.out.println("对不起"+user

+"，您无权修改订单中的订购数量。");

       }

    }

    public void setOrderUser(String orderUser,String user) {

       //控制访问权限，只有创建订单的人员才能够修改

       if(user!=null && user.equals(this.getOrderUser())){

           super.setOrderUser(orderUser, user);

       }else{

           System.out.println("对不起"+user

+"，您无权修改订单中的订购人。");

       }

    }

    public String toString(){

       return "productName="+this.getProductName()+",orderNum="

+this.getOrderNum()+",orderUser="+this.getOrderUser();

    }

}

（4）客户端的变化不大，主要是不再直接面向OrderApi接口，而是使用Order对象了，另外创建代理的构造方法也发生了变化，示例代码如下：

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

       //张三先登录系统创建了一个订单

       Order order = new OrderProxy("设计模式",100,"张三");

 

       //李四想要来修改，那就会报错

       order.setOrderNum(123, "李四");

       //输出order

       System.out.println("李四修改后订单记录没有变化："+order);

 

       //张三修改就不会有问题

       order.setOrderNum(123, "张三");

       //再次输出order

       System.out.println("张三修改后，订单记录："+order);

    }

}

       去运行一下，测试看看，体会一下这种实现方式。

2：何时选用代理模式

建议在如下情况中，选用代理模式：

• 需要为一个对象在不同的地址空间提供局部代表的时候，可以使用远程代理
• 需要按照需要创建开销很大的对象的时候，可以使用虚代理
• 需要控制对原始对象的访问的时候，可以使用保护代理
• 需要在访问对象的时候执行一些附加操作的时候，可以使用智能指引代理

11.3.6  相关模式

l          代理模式和适配器模式
    这两个模式有一定的相似性，但也有差异。
    这两个模式有相似性，它们都为另一个对象提供间接性的访问，而且都是从自身以外的一个接口向这个对象转发请求。
    但是从功能上，两个模式是不一样的。适配器模式主要用来解决接口之间不匹配的问题，它通常是为所适配的对象提供一个不同的接口；而代理模式会实现和目标对象相同的接口。

l          代理模式和装饰模式
    这两个模式从实现上相似，但是功能上是不同的。
    装饰模式的实现和保护代理的实现上是类似的，都是在转调其它对象的前后执行一定的功能。但是它们的目的和功能都是不同的。
    装饰模式的目的是为了让你不生成子类就可以给对象添加职责，也就是为了动态的增加功能；而代理模式的主要目的是控制对对象的访问。

 

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评论

1 楼 hyj1254 2012-08-14  

排版整理下，不然对不起这内容。