一文搞懂設(shè)計(jì)模式—代理模式
代理模式（Proxy Pattern）是一種結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)模式，也叫做委托模式，它允許你提供一個(gè)間接訪問(wèn)對(duì)象的方式。
用一句話描述代理模式就是：為其他對(duì)象提供一種代理以控制對(duì)這個(gè)對(duì)象的訪問(wèn)
使用場(chǎng)景
- 遠(yuǎn)程代理（Remote Proxy）：用于在不同地址空間中代表對(duì)象，使得客戶端可以訪問(wèn)遠(yuǎn)程的對(duì)象。
- 虛擬代理（Virtual Proxy）：用于按需創(chuàng)建昂貴對(duì)象的代表，延遲對(duì)象的實(shí)例化，提高系統(tǒng)性能。
- 保護(hù)代理（Protection Proxy）：用于控制對(duì)真實(shí)對(duì)象的訪問(wèn)權(quán)限，在訪問(wèn)真實(shí)對(duì)象之前進(jìn)行安全檢查。
- 智能引用（Smart Reference）：用于在訪問(wèn)對(duì)象時(shí)執(zhí)行額外的操作，如引用計(jì)數(shù)、懶加載等。
- 日志記錄（Logging Proxy）：用于記錄方法調(diào)用的日志信息，方便調(diào)試和監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
- 權(quán)限控制（Access Control Proxy）：用于控制用戶對(duì)對(duì)象的訪問(wèn)權(quán)限，限制某些用戶的操作。
- 延遲加載（Lazy Loading Proxy）：用于延遲加載對(duì)象的數(shù)據(jù)，直到真正需要使用時(shí)才進(jìn)行加載。
代理模式在Java中的Spring框架和Dubbo框架中都有廣泛的應(yīng)用：
- Spring框架中的AOP（面向切面編程）：Spring使用代理模式實(shí)現(xiàn)AOP功能，允許開(kāi)發(fā)者定義切面（Aspect），并通過(guò)代理機(jī)制將切面織入到目標(biāo)對(duì)象的方法調(diào)用中，實(shí)現(xiàn)橫切關(guān)注點(diǎn)的管理，如日志記錄、事務(wù)管理等。
- Dubbo框架中的遠(yuǎn)程服務(wù)代理：Dubbo是一種高性能的分布式服務(wù)框架，其中的服務(wù)消費(fèi)者與服務(wù)提供者之間的通信通過(guò)代理模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。Dubbo會(huì)根據(jù)配置信息動(dòng)態(tài)生成接口的代理實(shí)現(xiàn)類，在遠(yuǎn)程調(diào)用時(shí)通過(guò)代理對(duì)象進(jìn)行通信，隱藏了遠(yuǎn)程調(diào)用的復(fù)雜性，使得調(diào)用方可以像調(diào)用本地方法一樣調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)。
通過(guò)代理模式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的訪問(wèn)控制、附加功能增強(qiáng)、性能優(yōu)化等目的，提高系統(tǒng)的靈活性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。
具體實(shí)現(xiàn)
代理模式涉及以下幾個(gè)角色：
- 抽象主題（Subject）：是一個(gè)接口或抽象類，定義了真實(shí)主題和代理對(duì)象共同實(shí)現(xiàn)的方法，客戶端通過(guò)抽象主題訪問(wèn)真實(shí)主題。
- 真實(shí)主題（Real Subject）：是真正執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了抽象主題定義的方法，是代理模式中被代理的對(duì)象。
- 代理（Proxy）：持有對(duì)真實(shí)主題的引用，可以控制對(duì)真實(shí)主題的訪問(wèn)，在其自身的方法中可以調(diào)用真實(shí)主題的方法，同時(shí)也可以在調(diào)用前后執(zhí)行一些附加操作。
實(shí)現(xiàn)代理模式步驟如下：
首先定義一個(gè)接口：
public interface Subject {
void request();
}然后實(shí)現(xiàn)真實(shí)主題類：
public class RealSubject implements Subject {
@Override
public void request() {
System.out.println("Real Subject handles the request.");
}
}接著創(chuàng)建代理類：
public class Proxy implements Subject {
private RealSubject realSubject;
@Override
public void request() {
if (realSubject == null) {
realSubject = new RealSubject();
}
preRequest();
realSubject.request();
postRequest();
}
//前置處理
private void preRequest() {
System.out.println("Proxy performs pre-request actions.");
}
//后置處理
private void postRequest() {
System.out.println("Proxy performs post-request actions.");
}
}客戶端調(diào)用：
public static void main(String[] args) {
Proxy proxy = new Proxy();
proxy.request();
}輸出：
Proxy performs pre-request actions.
Real Subject handles the request.
Proxy performs post-request actions.Tips：一個(gè)代理類，可以代理多個(gè)真實(shí)角色，并且真實(shí)角色之間允許有耦合關(guān)系。
普通代理 & 強(qiáng)制代理
在代理模式中，可以區(qū)分普通代理和強(qiáng)制代理：
- 普通代理（Normal Proxy）：由代理類控制對(duì)真實(shí)主題的訪問(wèn)，客戶端直接與代理類交互，代理類負(fù)責(zé)將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給真實(shí)主題，調(diào)用者只知代理而不用知道真實(shí)的角色是誰(shuí)，屏蔽了真實(shí)角色的變更對(duì)高層模塊的影響。
- 強(qiáng)制代理（Force Proxy）：“強(qiáng)制”必須通過(guò)真實(shí)角色查找到代理角色，否則不能訪問(wèn)。并且只有通過(guò)真實(shí)角色指定的代理類才可以訪問(wèn)，也就是說(shuō)由真實(shí)角色管理代理角色。強(qiáng)制代理不需要產(chǎn)生一個(gè)代理出來(lái)，代理的管理由真實(shí)角色自己完成。
上面提供的代碼例子就是普通代理，下面用代碼演示下強(qiáng)制代理：
// 抽象主題接口
public interface Subject {
/**
* 待具體實(shí)現(xiàn)的方法
*/
void request();
/**
* 獲取每個(gè)具體實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的代理對(duì)象實(shí)例
* @return 返回對(duì)應(yīng)的代理對(duì)象
*/
Subject getProxy();
}
// 強(qiáng)制代理對(duì)象
public class ForceProxy implements Subject {
private Subject subject;
public ForceProxy(Subject subject) {
this.subject = subject;
}
/**
* 待具體實(shí)現(xiàn)的方法
*/
@Override
public void request() {
preRequest();
subject.request();
postRequest();
}
/**
* @return 返回對(duì)應(yīng)的代理對(duì)象就是自己
*/
@Override
public Subject getProxy() {
return this;
}
private void postRequest() {
System.out.println("訪問(wèn)真實(shí)主題以后的后續(xù)處理");
}
private void preRequest() {
System.out.println("訪問(wèn)真實(shí)主題之前的預(yù)處理");
}
}
// 具體的實(shí)現(xiàn)對(duì)象
public class RealSubject implements Subject {
/**
* 該具體實(shí)現(xiàn)對(duì)象的代理對(duì)象
*/
private Subject proxy;
@Override
public Subject getProxy() {
proxy = new ForceProxy(this);
return proxy;
}
/**
* 待具體實(shí)現(xiàn)的方法
*/
@Override
public void request() {
if (isProxy()) {
System.out.println("訪問(wèn)真實(shí)主題方法");
} else {
System.out.println("請(qǐng)使用指定的代理訪問(wèn)");
}
}
private boolean isProxy() {
return proxy != null;
}
}客戶端調(diào)用：
public static void main(String[] args) {
Subject subject = new RealSubject();
subject.request();
}
Output：
請(qǐng)使用指定的代理訪問(wèn)
public static void main(String[] args) {
Subject subject = new RealSubject();
Subject proxy = new ForceProxy(subject);
proxy.request();
}
Output：
訪問(wèn)真實(shí)主題之前的預(yù)處理
請(qǐng)使用指定的代理訪問(wèn)
訪問(wèn)真實(shí)主題以后的后續(xù)處理
public static void main(String[] args) {
Subject subject = new RealSubject();
Subject proxy = subject.getProxy();
proxy.request();
}
Output：
訪問(wèn)真實(shí)主題之前的預(yù)處理
訪問(wèn)真實(shí)主題方法
訪問(wèn)真實(shí)主題以后的后續(xù)處理通過(guò)代碼可以觀察到，強(qiáng)制代理模式下，不允許通過(guò)真實(shí)角色來(lái)直接訪問(wèn)，只有通過(guò)真實(shí)角色來(lái)獲取代理對(duì)象，才能訪問(wèn)。
高層模塊只需調(diào)用getProxy就可以訪問(wèn)真實(shí)角色的所有方法，它根本就不需要產(chǎn)生一個(gè)代理出來(lái)，代理的管理已經(jīng)由真實(shí)角色自己完成。
動(dòng)態(tài)代理
前面講的普通代理和強(qiáng)制代理都屬于靜態(tài)代理，也就是說(shuō)自己寫代理類的方式就是靜態(tài)代理。
靜態(tài)代理有一個(gè)缺點(diǎn)就是要在實(shí)現(xiàn)階段就要指定代理類以及被代理者，很不靈活。
而動(dòng)態(tài)代理是一種在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)生成代理類的機(jī)制，可以在不預(yù)先知道接口的情況下動(dòng)態(tài)創(chuàng)建接口的實(shí)現(xiàn)類，允許在運(yùn)行階段才指定代理哪一個(gè)對(duì)象，比如Spring AOP就是非常經(jīng)典的動(dòng)態(tài)代理的應(yīng)用
下面是兩個(gè)動(dòng)態(tài)代理常用的實(shí)現(xiàn)方式：
- JDK 動(dòng)態(tài)代理 ：基于 Java 反射機(jī)制，在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建代理類和對(duì)象。JDK 動(dòng)態(tài)代理要求被代理的類實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)接口，通過(guò) java.lang.reflect.Proxy 和 java.lang.reflect.InvocationHandler 接口來(lái)實(shí)現(xiàn)代理對(duì)象的生成和方法調(diào)用。
- CGLIB 動(dòng)態(tài)代理：不要求被代理的類實(shí)現(xiàn)接口，通過(guò)繼承被代理類來(lái)生成代理對(duì)象。CGLIB 使用字節(jié)碼生成庫(kù)ASM來(lái)動(dòng)態(tài)生成代理類，因此性能略高于 JDK 動(dòng)態(tài)代理。
JDK動(dòng)態(tài)代理
JDK實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)代理的核心機(jī)制就是java.lang.reflect.Proxy類和java.lang.reflect.InvocationHandler接口。
JDK動(dòng)態(tài)代理的動(dòng)態(tài)代理類需要去實(shí)現(xiàn)JDK自帶的java.lang.reflect.InvocationHandler接口，該接口中的invoke()方法能夠讓動(dòng)態(tài)代理類實(shí)例在運(yùn)行時(shí)調(diào)用被代理類需要對(duì)外實(shí)現(xiàn)的所有接口中的方法，也就是完成對(duì)真實(shí)主題類方法的調(diào)用。
具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
- 創(chuàng)建一個(gè)接口Subject表示被代理的對(duì)象需要實(shí)現(xiàn)的方法。
- 創(chuàng)建一個(gè)真實(shí)主題類RealSubject，實(shí)現(xiàn)Subject接口，定義真正的業(yè)務(wù)邏輯。
- 創(chuàng)建一個(gè)實(shí)現(xiàn)InvocationHandler接口的代理處理器類DynamicProxyHandler，在invoke方法中執(zhí)行額外的操作，并調(diào)用真實(shí)主題的方法。
- 在主程序中使用Proxy.newProxyInstance()方法動(dòng)態(tài)生成代理對(duì)象，并調(diào)用代理對(duì)象的方法。
下面是動(dòng)態(tài)代理的示例代碼，一起來(lái)感受一下：
// 1. 創(chuàng)建接口
public interface Subject {
void request();
}
// 2. 創(chuàng)建真實(shí)主題類
public class RealSubject implements Subject {
@Override
public void request() {
System.out.println("RealSubject handles the request.");
}
}
// 3. 創(chuàng)建代理處理器類
public class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
private Object target;
DynamicProxyHandler(Object target) {
this.target = target;
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
// 執(zhí)行額外操作
System.out.println("Before requesting...");
// 調(diào)用真實(shí)主題對(duì)象的方法
Object result = method.invoke(target, args);
// 執(zhí)行額外操作
System.out.println("After requesting...");
return result;
}
}
public class DynamicProxyExample {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建真實(shí)主題對(duì)象
Subject realSubject = new RealSubject();
// 創(chuàng)建代理處理器對(duì)象
InvocationHandler handler = new DynamicProxyHandler(realSubject);
// 創(chuàng)建動(dòng)態(tài)代理對(duì)象
Subject proxy = (Subject) Proxy.newProxyInstance(
realSubject.getClass().getClassLoader(),
realSubject.getClass().getInterfaces(),
handler);
// 調(diào)用代理對(duì)象的方法
proxy.request();
}
}這段代碼演示了使用 JDK 動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)代理的過(guò)程：
- 首先，創(chuàng)建了一個(gè)真實(shí)主題對(duì)象 realSubject，表示被代理的真實(shí)對(duì)象。
- 接著，創(chuàng)建了一個(gè)代理處理器對(duì)象 handler，類型為 InvocationHandler，并將真實(shí)主題對(duì)象傳入代理處理器中，用于處理代理對(duì)象的方法調(diào)用。
- 然后，通過(guò) Proxy.newProxyInstance() 方法創(chuàng)建了一個(gè)動(dòng)態(tài)代理對(duì)象 proxy，該方法接受三個(gè)參數(shù)：
- 類加載器：使用真實(shí)主題對(duì)象的類加載器。
- 接口數(shù)組：指定代理對(duì)象需要實(shí)現(xiàn)的接口，這里使用真實(shí)主題對(duì)象的接口數(shù)組。
- 處理器：指定代理對(duì)象的調(diào)用處理器，即前面創(chuàng)建的代理處理器對(duì)象 handler。
- 最后，通過(guò)代理對(duì)象 proxy 調(diào)用 request() 方法，實(shí)際上會(huì)委托給代理處理器 handler 的 invoke() 方法來(lái)處理方法調(diào)用，進(jìn)而調(diào)用真實(shí)主題對(duì)象的對(duì)應(yīng)方法。
這段代碼通過(guò) JDK 動(dòng)態(tài)代理機(jī)制實(shí)現(xiàn)了代理對(duì)象的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和方法調(diào)用處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)真實(shí)主題對(duì)象的間接訪問(wèn)，并在調(diào)用真實(shí)主題對(duì)象方法前后進(jìn)行了額外的處理。
其動(dòng)態(tài)調(diào)用過(guò)程如圖所示：
cglib動(dòng)態(tài)代理
JDK的動(dòng)態(tài)代理機(jī)制只能代理實(shí)現(xiàn)了接口的類，否則不能實(shí)現(xiàn)JDK的動(dòng)態(tài)代理，具有一定的局限性。
CGLIB（Code Generation Library）是一個(gè)功能強(qiáng)大的字節(jié)碼生成庫(kù)，可以用來(lái)在運(yùn)行時(shí)擴(kuò)展Java類和實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)代理。
相對(duì)于JDK動(dòng)態(tài)代理基于接口的代理，cglib動(dòng)態(tài)代理基于子類的代理，可以代理那些沒(méi)有接口的類，通俗說(shuō)cglib可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)生成字節(jié)碼。
cglib的原理是對(duì)指定的目標(biāo)類生成一個(gè)子類，并覆蓋其中方法實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)，因?yàn)椴捎玫氖抢^承，所以不能對(duì)final修飾符的類進(jìn)行代理。
下面是一個(gè)使用cglib實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)代理的示例代碼，包括實(shí)現(xiàn)步驟：
- 創(chuàng)建一個(gè)真實(shí)主題類RealSubject，無(wú)需實(shí)現(xiàn)任何接口。
- 創(chuàng)建一個(gè)實(shí)現(xiàn)MethodInterceptor接口的代理處理器類DynamicProxyHandler，在intercept方法中執(zhí)行額外的操作，并調(diào)用真實(shí)主題的方法。
- 在主程序中使用Enhancer類創(chuàng)建代理對(duì)象，并設(shè)置代理處理器。
使用 cglib 需要添加對(duì)應(yīng)的依賴：
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/cglib/cglib -->
<dependency>
<groupId>cglib</groupId>
<artifactId>cglib</artifactId>
<version>3.3.0</version>
</dependency>// 1. 創(chuàng)建真實(shí)主題類
public class RealSubject {
public void request() {
System.out.println("RealSubject handles the request.");
}
}
// 2. 創(chuàng)建代理處理器類
public class DynamicProxyHandler implements MethodInterceptor {
/**
* 通過(guò)Enhancer 創(chuàng)建代理對(duì)象
*/
private Enhancer enhancer = new Enhancer();
/**
* 通過(guò)class對(duì)象獲取代理對(duì)象
* @param clazz class對(duì)象
* @return 代理對(duì)象
*/
public Object getProxy(Class<?> clazz) {
// 設(shè)置需要代理的類
enhancer.setSuperclass(clazz);
// 設(shè)置enhancer的回調(diào)
enhancer.setCallback(this);
return enhancer.create();
}
@Override
public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
// 執(zhí)行額外操作
System.out.println("Before requesting...");
// 調(diào)用真實(shí)主題對(duì)象的方法
Object result = proxy.invokeSuper(obj, args);
// 執(zhí)行額外操作
System.out.println("After requesting...");
return result;
}
}
public class CglibProxyExample {
public static void main(String[] args) {
DynamicProxyHandler proxy = new DynamicProxyHandler();
RealSubject realSubject = (RealSubject) proxy.getProxy(RealSubject.class);
// 調(diào)用代理對(duì)象的方法
realSubject.request();
}
}輸出：
Before requesting...
RealSubject handles the request.
After requesting...cglib動(dòng)態(tài)代理相比于JDK動(dòng)態(tài)代理的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
優(yōu)點(diǎn)：
- 可以代理沒(méi)有實(shí)現(xiàn)接口的類。
- 性能更高，因?yàn)橹苯硬僮髯止?jié)碼，無(wú)需反射。
缺點(diǎn)：
- 生成的代理類會(huì)繼承被代理類，可能會(huì)影響某些設(shè)計(jì)。
- 無(wú)法代理static方法，因?yàn)閏glib是基于繼承來(lái)生成代理類的，而靜態(tài)方法是屬于類而非對(duì)象的
- 對(duì)于final方法，cglib無(wú)法覆蓋，仍然會(huì)調(diào)用父類方法。
總結(jié)
代理模式是一種常用的設(shè)計(jì)模式，在軟件開(kāi)發(fā)中有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)引入代理對(duì)象，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)對(duì)象的訪問(wèn)控制、附加功能增強(qiáng)、性能優(yōu)化等目的。
優(yōu)點(diǎn)
- 可以控制對(duì)真實(shí)對(duì)象的訪問(wèn)，在不改變?cè)碱惔a的情況下擴(kuò)展其行為。
- 代理模式能將客戶端與目標(biāo)對(duì)象分離，在一定程序上降低了系統(tǒng)的耦合度.
缺點(diǎn)
- 增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，引入了多余的代理類，因此有些類型的代理模式可能會(huì)造成請(qǐng)求的處理速度變慢。
- 實(shí)現(xiàn)代理模式需要額外的工作，有些代理模式的實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜。
總的來(lái)說(shuō)，代理模式通過(guò)引入代理對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了對(duì)真實(shí)對(duì)象的間接訪問(wèn)和控制，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種簡(jiǎn)潔而有效的解決方案。在日常的軟件開(kāi)發(fā)中，合理地運(yùn)用代理模式可以為系統(tǒng)帶來(lái)更好的結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn)。
