代理模式

代理模式

为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

在**代理模式（Proxy Pattern）**中，一个类代表另一个类的功能。这种类型的设计模式属于结构型模式。

在代理模式中，我们创建具有现有对象的对象，以便向外界提供功能接口。

介绍

**意图：**为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

**主要解决：**在直接访问对象时带来的问题，比如说：要访问的对象在远程的机器上。在面向对象系统中，有些对象由于某些原因（比如对象创建开销很大，或者某些操作需要安全控制，或者需要进程外的访问），直接访问会给使用者或者系统结构带来很多麻烦，我们可以在访问此对象时加上一个对此对象的访问层。

**何时使用：**想在访问一个类时做一些控制。

**如何解决：**增加中间层。

**关键代码：**实现与被代理类组合。

应用实例： 1、Windows 里面的快捷方式。 2、猪八戒去找高翠兰结果是孙悟空变的，可以这样理解：把高翠兰的外貌抽象出来，高翠兰本人和孙悟空都实现了这个接口，猪八戒访问高翠兰的时候看不出来这个是孙悟空，所以说孙悟空是高翠兰代理类。 3、买火车票不一定在火车站买，也可以去代售点。 4、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。 5、spring aop。

优点： 1、职责清晰。 2、高扩展性。 3、智能化。

缺点： 1、由于在客户端和真实主题之间增加了代理对象，因此有些类型的代理模式可能会造成请求的处理速度变慢。 2、实现代理模式需要额外的工作，有些代理模式的实现非常复杂。

**使用场景：**按职责来划分，通常有以下使用场景： 1、远程代理。 2、虚拟代理。 3、Copy-on-Write 代理。 4、保护（Protect or Access）代理。 5、Cache代理。 6、防火墙（Firewall）代理。 7、同步化（Synchronization）代理。 8、智能引用（Smart Reference）代理。

注意事项： 1、和适配器模式的区别：适配器模式主要改变所考虑对象的接口，而代理模式不能改变所代理类的接口。 2、和装饰器模式的区别：装饰器模式为了增强功能，而代理模式是为了加以控制。

实现

我们将创建一个 Image 接口和实现了 Image 接口的实体类。ProxyImage 是一个代理类，减少 RealImage 对象加载的内存占用。

ProxyPatternDemo，我们的演示类使用 ProxyImage 来获取要加载的 Image 对象，并按照需求进行显示。

代理模式的 UML 图

代理模式，即Proxy，它和Adapter模式很类似。我们先回顾Adapter模式，它用于把A接口转换为B接口：

public BAdapter implements B {
    private A a;
    public BAdapter(A a) {
        this.a = a;
    }
    public void b() {
        a.a();
    }
}

而Proxy模式不是把A接口转换成B接口，它还是转换成A接口：

public AProxy implements A {
    private A a;
    public AProxy(A a) {
        this.a = a;
    }
    public void a() {
        this.a.a();
    }
}

合着Proxy就是为了给A接口再包一层，这不是脱了裤子放屁吗？

当然不是。我们观察Proxy的实现A接口的方法：

public void a() {
    this.a.a();
}

这样写当然没啥卵用。但是，如果我们在调用a.a()的前后，加一些额外的代码：

public void a() {
    if (getCurrentUser().isRoot()) {
        this.a.a();
    } else {
        throw new SecurityException("Forbidden");
    }
}

这样一来，我们就实现了权限检查，只有符合要求的用户，才会真正调用目标方法，否则，会直接抛出异常。

有的童鞋会问，为啥不把权限检查的功能直接写到目标实例A的内部？

因为我们编写代码的原则有：

  • 职责清晰：一个类只负责一件事；
  • 易于测试：一次只测一个功能。

用Proxy实现这个权限检查，我们可以获得更清晰、更简洁的代码：

  • A接口：只定义接口；
  • ABusiness类：只实现A接口的业务逻辑；
  • APermissionProxy类：只实现A接口的权限检查代理。

如果我们希望编写其他类型的代理，可以继续增加类似ALogProxy，而不必对现有的A接口、ABusiness类进行修改。

实际上权限检查只是代理模式的一种应用。Proxy还广泛应用在：

远程代理

远程代理即Remote Proxy，本地的调用者持有的接口实际上是一个代理，这个代理负责把对接口的方法访问转换成远程调用，然后返回结果。Java内置的RMI机制就是一个完整的远程代理模式。

虚代理

虚代理即Virtual Proxy，它让调用者先持有一个代理对象，但真正的对象尚未创建。如果没有必要，这个真正的对象是不会被创建的，直到客户端需要真的必须调用时，才创建真正的对象。JDBC的连接池返回的JDBC连接（Connection对象）就可以是一个虚代理，即获取连接时根本没有任何实际的数据库连接，直到第一次执行JDBC查询或更新操作时，才真正创建实际的JDBC连接。

保护代理

保护代理即Protection Proxy，它用代理对象控制对原始对象的访问，常用于鉴权。

智能引用

智能引用即Smart Reference，它也是一种代理对象，如果有很多客户端对它进行访问，通过内部的计数器可以在外部调用者都不使用后自动释放它。

我们来看一下如何应用代理模式编写一个JDBC连接池（DataSource）。我们首先来编写一个虚代理，即如果调用者获取到Connection后，并没有执行任何SQL操作，那么这个Connection Proxy实际上并不会真正打开JDBC连接。调用者代码如下：

DataSource lazyDataSource = new LazyDataSource(jdbcUrl, jdbcUsername, jdbcPassword);
System.out.println("get lazy connection...");
try (Connection conn1 = lazyDataSource.getConnection()) {
    // 并没有实际打开真正的Connection
}
System.out.println("get lazy connection...");
try (Connection conn2 = lazyDataSource.getConnection()) {
    try (PreparedStatement ps = conn2.prepareStatement("SELECT * FROM students")) { // 打开了真正的Connection
        try (ResultSet rs = ps.executeQuery()) {
            while (rs.next()) {
                System.out.println(rs.getString("name"));
            }
        }
    }
}

现在我们来思考如何实现这个LazyConnectionProxy。为了简化代码，我们首先针对Connection接口做一个抽象的代理类：

public abstract class AbstractConnectionProxy implements Connection {

    // 抽象方法获取实际的Connection:
    protected abstract Connection getRealConnection();

    // 实现Connection接口的每一个方法:
    public Statement createStatement() throws SQLException {
        return getRealConnection().createStatement();
    }

    public PreparedStatement prepareStatement(String sql) throws SQLException {
        return getRealConnection().prepareStatement(sql);
    }

    ...其他代理方法...
}

这个AbstractConnectionProxy代理类的作用是把Connection接口定义的方法全部实现一遍，因为Connection接口定义的方法太多了，后面我们要编写的LazyConnectionProxy只需要继承AbstractConnectionProxy，就不必再把Connection接口方法挨个实现一遍。

LazyConnectionProxy实现如下：

public class LazyConnectionProxy extends AbstractConnectionProxy {
    private Supplier<Connection> supplier;
    private Connection target = null;

    public LazyConnectionProxy(Supplier<Connection> supplier) {
        this.supplier = supplier;
    }

    // 覆写close方法：只有target不为null时才需要关闭:
    public void close() throws SQLException {
        if (target != null) {
            System.out.println("Close connection: " + target);
            super.close();
        }
    }

    @Override
    protected Connection getRealConnection() {
        if (target == null) {
            target = supplier.get();
        }
        return target;
    }
}

如果调用者没有执行任何SQL语句，那么target字段始终为null。只有第一次执行SQL语句时（即调用任何类似prepareStatement()方法时，触发getRealConnection()调用），才会真正打开实际的JDBC Connection。

最后，我们还需要编写一个LazyDataSource来支持这个LazyConnecitonProxy：

public class LazyDataSource implements DataSource {
    private String url;
    private String username;
    private String password;

    public LazyDataSource(String url, String username, String password) {
        this.url = url;
        this.username = username;
        this.password = password;
    }

    public Connection getConnection(String username, String password) throws SQLException {
        return new LazyConnectionProxy(() -> {
            try {
                Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
                System.out.println("Open connection: " + conn);
                return conn;
            } catch (SQLException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
    }
    ...
}

我们执行代码，输出如下：

get lazy connection...
get lazy connection...
Open connection: com.mysql.jdbc.JDBC4Connection@7a36aefa
小明
小红
小军
小白
...
Close connection: com.mysql.jdbc.JDBC4Connection@7a36aefa

可见第一个getConnection()调用获取到的LazyConnectionProxy并没有实际打开真正的JDBC Connection。

使用连接池的时候，我们更希望能重复使用连接。如果调用方编写这样的代码：

DataSource pooledDataSource = new PooledDataSource(jdbcUrl, jdbcUsername, jdbcPassword);
try (Connection conn = pooledDataSource.getConnection()) {
}
try (Connection conn = pooledDataSource.getConnection()) {
    // 获取到的是同一个Connection
}
try (Connection conn = pooledDataSource.getConnection()) {
    // 获取到的是同一个Connection
}

调用方并不关心是否复用了Connection，但从PooledDataSource获取的Connection确实自带这个优化功能。如何实现可复用Connection的连接池？答案仍然是使用代理模式。

public class PooledConnectionProxy extends AbstractConnectionProxy {
    // 实际的Connection:
    Connection target;
    // 空闲队列:
    Queue<PooledConnectionProxy> idleQueue;

    public PooledConnectionProxy(Queue<PooledConnectionProxy> idleQueue, Connection target) {
        this.idleQueue = idleQueue;
        this.target = target;
    }

    public void close() throws SQLException {
        System.out.println("Fake close and released to idle queue for future reuse: " + target);
        // 并没有调用实际Connection的close()方法,
        // 而是把自己放入空闲队列:
        idleQueue.offer(this);
    }

    protected Connection getRealConnection() {
        return target;
    }
}

复用连接的关键在于覆写close()方法，它并没有真正关闭底层JDBC连接，而是把自己放回一个空闲队列，以便下次使用。

空闲队列由PooledDataSource负责维护：

public class PooledDataSource implements DataSource {
    private String url;
    private String username;
    private String password;

    // 维护一个空闲队列:
    private Queue<PooledConnectionProxy> idleQueue = new ArrayBlockingQueue<>(100);

    public PooledDataSource(String url, String username, String password) {
        this.url = url;
        this.username = username;
        this.password = password;
    }

    public Connection getConnection(String username, String password) throws SQLException {
        // 首先试图获取一个空闲连接:
        PooledConnectionProxy conn = idleQueue.poll();
        if (conn == null) {
            // 没有空闲连接时，打开一个新连接:
            conn = openNewConnection();
        } else {
            System.out.println("Return pooled connection: " + conn.target);
        }
        return conn;
    }

    private PooledConnectionProxy openNewConnection() throws SQLException {
        Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
        System.out.println("Open new connection: " + conn);
        return new PooledConnectionProxy(idleQueue, conn);
    }
    ...
}

我们执行调用方代码，输出如下：

Open new connection: com.mysql.jdbc.JDBC4Connection@61ca2dfa
Fake close and released to idle queue for future reuse: com.mysql.jdbc.JDBC4Connection@61ca2dfa
Return pooled connection: com.mysql.jdbc.JDBC4Connection@61ca2dfa
Fake close and released to idle queue for future reuse: com.mysql.jdbc.JDBC4Connection@61ca2dfa
Return pooled connection: com.mysql.jdbc.JDBC4Connection@61ca2dfa
Fake close and released to idle queue for future reuse: com.mysql.jdbc.JDBC4Connection@61ca2dfa

除了第一次打开了一个真正的JDBC Connection，后续获取的Connection实际上是同一个JDBC Connection。但是，对于调用方来说，完全不需要知道底层做了哪些优化。

我们实际使用的DataSource，例如HikariCP，都是基于代理模式实现的，原理同上，但增加了更多的如动态伸缩的功能（一个连接空闲一段时间后自动关闭）。

有的童鞋会发现Proxy模式和Decorator模式有些类似。确实，这两者看起来很像，但区别在于：Decorator模式让调用者自己创建核心类，然后组合各种功能，而Proxy模式决不能让调用者自己创建再组合，否则就失去了代理的功能。Proxy模式让调用者认为获取到的是核心类接口，但实际上是代理类。

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Last updated on Oct 04, 2024 04:07 UTC
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