设计模式之代理模式

代理模式（Proxy Pattern）
——.NET设计模式系列之十四

Terrylee，2006年5月

摘要

在软件系统中，有些对象有时候由于跨越网络或者其他的障碍，而不能够或者不想直接访问另一个对象，如果直接访问会给系统带来不必要的复杂性，这时候可以在客户程序和目标对象之间增加一层中间层，让代理对象来代替目标对象打点一切。这就是本文要说的Proxy模式。

主要内容

1．例说Proxy模式
2．Proxy模式效果及实现要点
……

概述

在软件系统中，有些对象有时候由于跨越网络或者其他的障碍，而不能够或者不想直接访问另一个对象，如果直接访问会给系统带来不必要的复杂性，这时候可以在客户程序和目标对象之间增加一层中间层，让代理对象来代替目标对象打点一切。这就是本文要说的Proxy模式。

意图

为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

结构图



生活中的例子

代理模式提供一个中介以控制对这个对象的访问。一张支票或银行存单是账户中资金的代理。支票在市场交易中用来代替现金，并提供对签发人账号上资金的控制。

使用银行存单例子的Proxy模式对象图


Proxy模式解说

在软件系统中，我们无时不在跨越障碍，当我们访问网络上一台计算机的资源时，我们正在跨越网络障碍，当我们去访问服务器上数据库时，我们又在跨越 数据库访问障碍，同时还有网络障碍。跨越这些障碍有时候是非常复杂的，如果我们更多的去关注处理这些障碍问题，可能就会忽视了本来应该关注的业务逻辑问 题，Proxy模式有助于我们去解决这些问题。我们以一个简单的数学计算程序为例，这个程序只负责进行简单的加减乘除运算：

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/// </summary>


public
 class
 Math
{
    public
 double
 Add(double
 x, double
 y)
    {
        return
 x + y;
    }

    public
 double
 Sub(double
 x, double
 y)
    {
        return
 x - y;
    }

    public
 double
 Mul(double
 x, double
 y)
    {
        return
 x * y;
    }

    public
 double
 Dev(double
 x, double
 y)
    {
        return
 x / y;
    }
}

如果说这个计算程序部署在我们本地计算机上，使用就非常之简单了，我们也就不用去考虑Proxy模式了。但现在问题是这个Math类并没有部署在 我们本地，而是部署在一台服务器上，也就是说Math类根本和我们的客户程序不在同一个地址空间之内，我们现在要面对的是跨越Internet这样一个网 络障碍：


这时候调用Math类的方法就没有下面那么简单了，因为我们更多的还要去考虑网络的问题，对接收到的结果解包等一系列操作。

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/// </summary>


public
 class
 App
{
    public
 static
 void
 Main()
    {
        Math math = new
 Math();

        // 对接收到的结果数据进行解包


        double
 addresult = math.Add(2, 3);
        double
 subresult = math.Sub(2, 3);
        double
 mulresult = math.Mul(2, 3);
        double
 devresult = math.Dev(2, 3);
    }
}

为了解决由于网络等障碍引起复杂性，就引出了Proxy模式，我们使用一个本地的代理来替Math类打点一切，即为我们的系统引入了一层间接层，示意图如下


我们在MathProxy中对实现Math数据类的访问，让MathProxy来代替网络上的Math类，这样我们看到MathProxy就好像是本地Math类，它与客户程序处在了同一地址空间内：

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/// </summary>



public
 class
 MathProxy
{
    private
 Math math = new
 Math();

    // 以下的方法中，可能不仅仅是简单的调用Math类的方法



    public
 double
 Add(double
 x, double
 y)
    {
        return
 math.Add(x, y);
    }

    public
 double
 Sub(double
 x, double
 y)
    {
        return
 math.Sub(x, y);
    }

    public
 double
 Mul(double
 x, double
 y)
    {
        return
 math.Mul(x, y);
    }

    public
 double
 Dev(double
 x, double
 y)
    {
        return
 math.Dev(x, y);
    }
}

现在可以说我们已经实现了对Math类的代理，存在的一个问题是我们在MathProxy类中调用了原实现类Math的方法，但是Math并不一 定实现了所有的方法，为了强迫Math类实现所有的方法，另一方面，为了我们更加透明的去操作对象，我们在Math类和MathProxy类的基础上加上 一层抽象，即它们都实现与IMath接口，示意图如下：


示意性代码如下：

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/// </summary>


public
 interface
 IMath
{
    double
 Add(double
 x, double
 y);
    double
 Sub(double
 x, double
 y);
    double
 Mul(double
 x, double
 y);
    double
 Dev(double
 x, double
 y);
}

//Math类和MathProxy类分别实现IMath接口：


public
 class
 MathProxy : IMath
{
    //


}

public
 class
 Math : IMath
{
    //


}

此时我们在客户程序中就可以像使用Math类一样来使用MathProxy类了：

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/// </summary>


public
 class
 App
{
    public
 static
 void
 Main()
    {
        MathProxy proxy = new
 MathProxy();

        double
 addresult = proxy.Add(2,3);
        double
 subresult = proxy.Sub(2,3);
        double
 mulresult = proxy.Mul(2,3);
        double
 devresult = proxy.Dev(2,3);
    }
}

到这儿整个使用Proxy模式的过程就完成了，回顾前面我们的解决方案，无非是在客户程序和Math类之间加了一个间接层，这也是我们比较常见的 解决问题的手段之一。另外，对于程序中的接口Imath，并不是必须的，大多数情况下，我们为了保持对对象操作的透明性，并强制实现类实现代理类所要调用 的所有的方法，我们会让它们实现与同一个接口。但是我们说代理类它其实只是在一定程度上代表了原来的实现类，所以它们有时候也可以不实现于同一个接口。

效果及实现要点

Proxy模式根据种类不同，效果也不尽相同：

1．远程（Remote）代理：为一个位于不同的地址空间的对象提供一个局域代表对象。这个不同的地址空间可以是在本机器中，也可是在另一台机器 中。远程代理又叫做大使（Ambassador）。好处是系统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。客户完全可以认为被代理的对象是 局域的而不是远程的，而代理对象承担了大部份的网络通讯工作。由于客户可能没有意识到会启动一个耗费时间的远程调用，因此客户没有必要的思想准备。

2．虚拟（Virtual）代理：根据需要创建一个资源消耗较大的对象，使得此对象只在需要时才会被真正创建。使用虚拟代理模式的好处就是代理对 象可以在必要的时候才将被代理的对象加载；代理可以对加载的过程加以必要的优化。当一个模块的加载十分耗费资源的情况下，虚拟代理的好处就非常明显。

3．Copy-on-Write代理：虚拟代理的一种。把复制（克隆）拖延到只有在客户端需要时，才真正采取行动。 

4．保护（Protect or Access）代理：控制对一个对象的访问，如果需要，可以给不同的用户提供不同级别的使用权限。保护代理的好处是它可以在运行时间对用户的有关权限进行检查，然后在核实后决定将调用传递给被代理的对象。

5．Cache代理：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。 

6．防火墙（Firewall）代理：保护目标，不让恶意用户接近。 

7．同步化（Synchronization）代理：使几个用户能够同时使用一个对象而没有冲突。 

8．智能引用（Smart Reference）代理：当一个对象被引用时，提供一些额外的操作，比如将对此对象调用的次数记录下来等。

总结

在软件系统中，增加一个中间层是我们解决问题的常见手法，这方面Proxy模式给了我们很好的实现。
参考资料

• Erich Gamma等，《设计模式：可复用面向对象软件的基础》，机械工业出版社
• Robert C.Martin，《敏捷软件开发：原则、模式与实践》，清华大学出版社
• 阎宏，《Java与模式》，电子工业出版社
• Alan Shalloway James R. Trott，《Design Patterns Explained》，中国电力出版社
• MSDN WebCast 《C#面向对象设计模式纵横谈(13)：Proxy代理模式(结构型模式)》