代理模式

代理模式中文讲解

代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，属于 GoF（Gang of Four）提出的23种设计模式之一。它的核心目标是通过引入一个代理对象来控制对目标对象的访问，在不修改目标对象的情况下添加额外的功能（如权限检查、日志记录、延迟加载等）。代理模式就像一个“中介”，在客户端和目标对象之间充当桥梁。

以下用中文详细讲解代理模式的定义、结构、代码示例、应用场景、优缺点以及在 Servlet 环境中的使用，重点突出其原理和实际应用。

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1. 什么是代理模式？

代理模式通过代理对象间接访问目标对象，允许在访问前后添加额外逻辑（如验证、缓存）。它解决了以下问题：

• 问题：直接访问目标对象可能导致权限控制不足、性能问题或复杂性（如远程调用、延迟初始化）。
• 解决方案：引入一个代理类，实现与目标对象相同的接口，控制访问并添加额外功能。

关键特点：

• 访问控制：代理控制对目标对象的访问，添加权限、日志等。
• 透明性：客户端通过代理接口操作，无需知道代理的存在。
• 功能增强：在不修改目标对象的情况下扩展功能。

代理模式类型：

1. 静态代理：代理类在编译时确定，代码中明确定义。
2. 动态代理：运行时动态生成代理对象（如 Java 的 java.lang.reflect.Proxy）。
3. 常见变体：

• 保护代理：控制访问权限。
• 虚拟代理：延迟加载目标对象。
• 远程代理：管理远程对象访问。
• 智能代理：添加额外逻辑（如缓存、日志）。

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2. 代理模式的结构

代理模式包含以下角色：

角色	描述
抽象主题（Subject）	定义目标对象和代理的公共接口，声明核心方法（如 request()）。
真实主题（Real Subject）	实现抽象主题，提供核心业务逻辑。
代理（Proxy）	实现抽象主题，持有真实主题引用，控制访问并添加额外逻辑。
客户端（Client）	通过抽象主题接口调用代理，间接访问真实主题。

UML 类图（文字描述）：

• Subject：接口，声明 request() 方法。
• RealSubject：实现 Subject，提供核心功能。
• Proxy：实现 Subject，持有 RealSubject 引用，增强 request()。
• 客户端通过 Subject 接口调用 Proxy，Proxy 委托 RealSubject。

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3. 代码示例

静态代理示例

以下是一个静态代理示例，模拟通过代理控制对数据库服务的访问，添加日志功能。

// 抽象主题：数据库服务
interface DatabaseService {
    void query(String sql);
}

// 真实主题：数据库实现
class RealDatabaseService implements DatabaseService {
    @Override
    public void query(String sql) {
        System.out.println("执行 SQL 查询: " + sql);
    }
}

// 代理：添加日志功能
class LoggingProxy implements DatabaseService {
    private RealDatabaseService realService;

    public LoggingProxy(RealDatabaseService realService) {
        this.realService = realService;
    }

    @Override
    public void query(String sql) {
        System.out.println("日志: 开始执行查询 [" + sql + "]");
        realService.query(sql);
        System.out.println("日志: 查询完成");
    }
}

// 测试
public class ProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        DatabaseService realService = new RealDatabaseService();
        DatabaseService proxy = new LoggingProxy(realService);
        proxy.query("SELECT * FROM users");
    }
}

输出：

日志: 开始执行查询 [SELECT * FROM users]
执行 SQL 查询: SELECT * FROM users
日志: 查询完成

说明：

• DatabaseService 是抽象主题，定义查询接口。
• RealDatabaseService 是真实主题，执行实际查询。
• LoggingProxy 是代理，添加日志功能，控制对 realService 的访问。
• 客户端通过 DatabaseService 接口调用代理，透明访问。

动态代理示例

Java 的动态代理使用 java.lang.reflect.Proxy 动态生成代理类。

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

// 抽象主题
interface DatabaseService {
    void query(String sql);
}

// 真实主题
class RealDatabaseService implements DatabaseService {
    @Override
    public void query(String sql) {
        System.out.println("执行 SQL 查询: " + sql);
    }
}

// 动态代理处理器
class LoggingHandler implements InvocationHandler {
    private final Object target;

    public LoggingHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("日志: 开始执行 " + method.getName() + " 方法");
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("日志: 执行完成");
        return result;
    }
}

// 测试
public class DynamicProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        DatabaseService realService = new RealDatabaseService();
        DatabaseService proxy = (DatabaseService) Proxy.newProxyInstance(
                realService.getClass().getClassLoader(),
                realService.getClass().getInterfaces(),
                new LoggingHandler(realService)
        );
        proxy.query("SELECT * FROM users");
    }
}

输出：

日志: 开始执行 query 方法
执行 SQL 查询: SELECT * FROM users
日志: 执行完成

说明：

• LoggingHandler 实现 InvocationHandler，动态处理方法调用。
• Proxy.newProxyInstance 生成代理对象，运行时动态创建。
• 动态代理更灵活，适用于多种接口和场景。

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4. 代理模式的应用场景

• 权限控制：如限制对敏感资源的访问（保护代理）。
• 延迟加载：如延迟初始化数据库连接或大对象（虚拟代理）。
• 日志记录：在方法调用前后记录日志（智能代理）。
• 远程调用：如 RMI 或 Web 服务代理（远程代理）。
• Servlet 相关：控制请求处理、添加日志或权限检查。

Servlet 示例：代理请求处理器，添加权限检查。

import javax.servlet.http.*;
import java.io.IOException;

// 抽象主题：请求处理器
interface RequestProcessor {
    void process(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws IOException;
}

// 真实主题：实际处理器
class RealRequestProcessor implements RequestProcessor {
    @Override
    public void process(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws IOException {
        resp.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
        resp.getWriter().write("<h1>处理请求成功</h1>");
    }
}

// 代理：添加权限检查
class AuthProxy implements RequestProcessor {
    private final RealRequestProcessor realProcessor;

    public AuthProxy(RealRequestProcessor realProcessor) {
        this.realProcessor = realProcessor;
    }

    @Override
    public void process(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws IOException {
        String userRole = req.getParameter("role");
        if ("admin".equals(userRole)) {
            realProcessor.process(req, resp);
        } else {
            resp.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
            resp.sendError(HttpServletResponse.SC_FORBIDDEN, "无权限访问");
        }
    }
}

// Servlet
public class ProxyServlet extends HttpServlet {
    private final RequestProcessor processor = new AuthProxy(new RealRequestProcessor());

    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws IOException {
        processor.process(req, resp);
    }
}

输出（访问 /proxy?role=admin）：

<h1>处理请求成功</h1>

输出（访问 /proxy?role=user）：

403 Forbidden: 无权限访问

说明：

• RequestProcessor 是抽象主题，定义处理接口。
• RealRequestProcessor 执行实际请求处理。
• AuthProxy 代理检查用户角色，仅允许管理员访问。
• Servlet 使用代理控制访问，增强安全性。

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5. 代理模式的优缺点

优点：

1. 访问控制：有效控制对目标对象的访问（如权限、延迟加载）。
2. 功能增强：添加日志、缓存等功能，无需修改目标类。
3. 解耦：客户端与目标对象解耦，通过代理交互。
4. 符合开闭原则：通过代理扩展功能，原类保持不变。

缺点：

1. 复杂性：引入代理类，增加代码量和复杂度。
2. 性能开销：代理层可能引入额外调用开销。
3. 动态代理限制：仅适用于接口（Java 动态代理），CGLIB 可代理类但更复杂。

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6. 注意事项

1. 静态 vs 动态代理：

• 静态代理适合简单场景，代码明确但不灵活。
• 动态代理适合复杂场景，运行时生成代理，但需熟悉反射。

1. 中文编码问题：

• 如果涉及中文（如错误消息），确保 Servlet 使用 UTF-8：
  java resp.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
• 对中文参数编码（如 URLEncoder.encode("无权限", "UTF-8")）。

1. 线程安全：

• 代理对象在 Servlet 环境中需考虑多线程访问。
• 真实主题（如 RealRequestProcessor）应线程安全或无状态。

1. 性能优化：

• 缓存代理实例，减少动态代理创建开销。
• 避免在代理中执行复杂逻辑。

1. 与其他模式结合：

• 装饰器模式：代理控制访问，装饰器增强功能。
• 适配器模式：代理保持接口一致，适配器转换接口。
• 工厂模式：动态创建代理对象。

1. 常见问题解决：

• 代理失效：检查代理是否正确实现接口或持有目标对象。
• 性能瓶颈：优化代理逻辑，减少反射调用。
• 异常处理：代理需捕获并处理目标对象的异常。

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7. 与其他模式的区别

特性	代理模式	装饰器模式	适配器模式
目的	控制对象访问	动态增强功能	转换接口兼容
实现方式	组合或继承	组合	组合或继承
关注点	访问控制	功能扩展	接口兼容
接口一致性	与原对象相同	与原对象相同	转换到新接口

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8. 总结

• 代理模式通过代理对象控制目标对象访问，适合权限控制、延迟加载等场景。
• 核心是抽象主题、真实主题和代理，支持静态和动态代理。
• 在 Servlet 中，可用于权限检查、日志记录等增强功能。
• 优点是访问控制和解耦，缺点是复杂性和性能开销。
• 注意中文编码、线程安全和代理类型选择。

如果需要更复杂的示例（如动态代理+CGLIB、虚拟代理）、Servlet 集成细节，或与其他模式（如装饰器、适配器）的深入对比，请告诉我！