解锁设计模式：代理模式的多面解析与实战

系列文章目录
第一章 探秘单例模式：Java世界的唯一实例之道
第二章 代码世界的神奇工厂：工厂模式探秘
第三章 解锁设计模式：代理模式的多面解析与实战
第四章 解锁Java装饰器模式：代码增强的魔法宝典

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一、引言

在软件开发领域，设计模式至关重要，代理模式便是其中独具特色的一种。随着软件系统日趋复杂，处理高资源消耗对象或敏感信息访问时，常面临性能与安全问题，代理模式为这些难题提供了解决方案。

生活中，房产中介帮我们买房，筛选房源、协商价格，无需直接与房东或开发商交流，这就是代理的体现。软件开发里，代理模式同样为其他对象提供代理，控制对其的访问。

代理模式意义重大，它能解耦复杂业务逻辑，让代码结构更清晰，便于维护和扩展。通过代理，可不修改原始对象，灵活添加日志记录、事务管理、权限验证等功能，提高代码复用性，增强系统稳定性与安全性。

在当下软件开发中，从企业级应用到移动应用，从分布式系统到微服务架构，代理模式应用广泛。如 Spring 框架运用代理模式实现 AOP 中的日志记录、事务管理；RPC 框架借助它隐藏远程调用复杂性，让远程服务调用如同本地方法。
鉴于代理模式的优势与广泛应用，掌握它是优秀开发者的必备技能。接下来，我们将深入探讨其原理、类型、应用场景与代码实现，揭开它的神秘面纱 。

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二、代理模式基础概念

2.1 定义与核心思想

代理模式，即给其他对象提供代理，来控制对该对象的访问。它如同中介，在客户端与目标对象间搭建桥梁，让客户端能间接访问目标对象。

核心是控制访问，代理像 “守门员”，站在真实对象前拦截客户端请求，并按规则决定是否转发。其间，代理可预处理请求，如权限验证、参数检查；也能在请求处理后做后处理，像日志记录、结果缓存，以此实现对真实对象访问的有效管控。

比如在线商城系统，用户要访问商品信息。商品信息存于复杂数据库，直接访问有性能与安全风险。这时创建商品代理对象，它负责与数据库交互获取信息。用户只需和代理对象交互，无需了解数据库细节。代理对象获取信息前验证用户权限，保证只有合法用户能访问；获取后还能缓存信息，下次相同请求可直接从缓存获取，提升系统响应速度。

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2.2 代理模式的结构

代理模式主要包含三个角色：抽象主题（Subject）、真实主题（RealSubject）和代理（Proxy）。

• 抽象主题（Subject）：定义真实主题与代理的共同接口，它可以是抽象类或接口。客户端通过该接口与真实主题、代理交互，无需关注具体实现。比如图形绘制系统里的 “Shape” 接口，定义了 “draw” 方法，各类图形对象及代理对象都要实现它。

• 真实主题（RealSubject）：是代理代表的真实对象，实现抽象主题接口中的业务逻辑，执行系统核心功能。如图形绘制系统里的 “Circle” 类和 “Rectangle” 类，实现 “draw” 方法完成圆形、矩形绘制。

• 代理（Proxy）：持有真实主题引用，实现与抽象主题相同接口。在客户端和真实主题间起中介作用，能在调用真实主题方法前后做额外操作，像权限验证、日志记录等。例如图形绘制系统中，代理图形对象调用真实图形 “draw” 方法前检查权限，调用后记录日志，以此控制和扩展对真实主题的访问。

这三个角色关系紧密，客户端经抽象主题接口与代理交互，代理转发请求给真实主题并做额外处理，真实主题执行具体业务逻辑。这种结构分离了业务逻辑与访问控制，提升系统灵活性与可维护性。

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2.3 代理模式的类型

代理模式根据其应用场景和实现方式的不同，可以分为多种类型。以下是一些常见的代理模式类型：

• 远程代理：用于代表远程服务器上的真实对象。在分布式系统里，客户端通过它调用远程对象方法，像调用本地对象，无需操心网络通信。比如电商系统中，本地客户端借远程代理调用远程服务器上订单服务的方法，远程代理负责网络交互。

• 虚拟代理：用来延迟加载创建开销大或资源消耗多的对象。例如图片浏览器，打开含大量高清图片页面时，先以虚拟代理代替真实图片显示缩略图，用户点击查看大图时，代理才加载高清图片，提升响应速度。

• 保护代理：主要控制对真实对象的访问权限。在企业级应用中，对敏感业务操作，通过保护代理验证用户身份和权限，只有特定用户或角色能访问真实对象相关方法。

• 缓存代理：缓存真实对象操作结果，客户端重复请求时，直接从缓存返回结果，减少对真实对象的访问。如频繁访问数据库的应用，缓存代理缓存查询结果，相同请求先查缓存，无结果再查数据库并缓存。

• 智能引用代理：除管理对真实对象的引用，还提供额外功能，像引用计数、回调处理。在资源管理系统中，通过引用计数管理资源生命周期，引用计数为 0 时释放资源。

• 日志记录代理：在访问真实对象前后记录日志，记录请求信息、处理结果和操作时间等。像金融交易系统，记录每笔交易详细信息，方便审计和风险分析。

这些不同类型的代理模式在实际应用中各有其独特的优势和适用场景，我们可以根据具体的需求选择合适的代理模式来解决实际问题。

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三、静态代理

3.1 静态代理的实现原理

静态代理是代理模式的一种常见实现方式，它在编译期就确定了代理类和目标类之间的关系。下面我们通过一个具体的代码示例来详细讲解静态代理的实现步骤。

假设我们正在开发一个在线音乐播放系统，系统中有一个音乐播放器的功能，我们希望通过代理模式来控制对音乐播放器的访问，并在播放音乐前后添加一些额外的功能，比如记录播放日志。

首先，我们需要定义一个抽象主题接口，这个接口定义了音乐播放器的基本操作。在 Java 中，我们可以这样定义：

// 音乐播放器接口
public interface MusicPlayer {void play(String songName);
}

在这个接口中，我们定义了一个play方法，用于播放指定名称的歌曲。

接下来，我们创建真实主题类，即真正实现音乐播放功能的类。这个类需要实现我们刚才定义的MusicPlayer接口：

// 真实的音乐播放器类
public class RealMusicPlayer implements MusicPlayer {@Overridepublic void play(String songName) {System.out.println("正在播放歌曲：" + songName);}
}

在RealMusicPlayer类中，play方法实现了具体的音乐播放逻辑，当调用play方法时，会输出正在播放的歌曲名称。

然后，我们创建代理类。代理类也需要实现MusicPlayer接口，并且持有一个真实主题类的引用。在代理类中，我们可以在调用真实主题类的方法前后添加额外的功能：

// 音乐播放器代理类
public class MusicPlayerProxy implements MusicPlayer {private MusicPlayer realMusicPlayer;public MusicPlayerProxy(MusicPlayer realMusicPlayer) {this.realMusicPlayer = realMusicPlayer;}@Overridepublic void play(String songName) {System.out.println("开始记录播放日志");realMusicPlayer.play(songName);System.out.println("播放日志记录完成");}
}

在MusicPlayerProxy类中，我们通过构造函数接收一个MusicPlayer类型的参数，即真实的音乐播放器对象。在play方法中，我们首先输出 “开始记录播放日志”，然后调用真实音乐播放器的play方法来播放歌曲，最后输出 “播放日志记录完成”。这样，我们就实现了在播放音乐前后添加记录日志的功能。

最后，在客户端代码中，我们使用代理类来访问真实的音乐播放器功能：

public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建真实的音乐播放器对象MusicPlayer realMusicPlayer = new RealMusicPlayer();// 创建代理对象，并将真实音乐播放器对象传递给代理MusicPlayer proxy = new MusicPlayerProxy(realMusicPlayer);// 通过代理对象播放音乐proxy.play("青花瓷");}
}

在客户端代码中，我们首先创建了一个RealMusicPlayer对象，即真实的音乐播放器。然后，我们创建了一个MusicPlayerProxy对象，将真实音乐播放器对象作为参数传递给代理类的构造函数。最后，我们通过代理对象调用play方法来播放歌曲 “青花瓷”。此时，代理对象会在播放歌曲前后执行记录日志的操作。

通过以上步骤，我们就完成了静态代理的实现。在这个过程中，抽象主题接口定义了统一的操作规范，真实主题类实现了具体的业务逻辑，代理类则通过持有真实主题类的引用，在调用真实主题类的方法前后添加了额外的功能，从而实现了对真实主题类的访问控制和功能扩展。

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3.2 静态代理的优缺点

静态代理作为一种常见的代理模式实现方式，具有其独特的优点和不可避免的缺点。了解这些优缺点，有助于我们在实际开发中更加合理地选择和应用静态代理。

优点：

• 实现简单：静态代理的实现过程相对直观和简单。开发者只需要手动编写代理类，实现与目标类相同的接口，并在代理类中调用目标类的方法，同时添加额外的功能逻辑即可。例如，在上述音乐播放器的例子中，我们通过简单的几个步骤就完成了静态代理的实现，对于初学者来说，很容易理解和掌握。

• 易于理解：由于静态代理的代码结构清晰，代理类和目标类之间的关系一目了然，所以在阅读和维护代码时，能够快速理解其工作原理和逻辑。这对于团队开发和代码的长期维护非常有利，新加入的开发者可以迅速上手，了解系统中代理模式的应用。

• 能在不改变目标对象的情况下为其添加功能：静态代理的核心优势之一就是能够在不修改目标对象代码的前提下，为其增加额外的功能。这符合开闭原则，即软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。通过代理类，我们可以在目标对象的方法调用前后插入自定义的逻辑，如日志记录、权限验证、事务管理等，而无需直接修改目标对象的实现，从而降低了对原有代码的影响，提高了代码的稳定性和可维护性。

缺点：

• 代理类与目标类紧密耦合：静态代理中，代理类和目标类实现了相同的接口，并且代理类持有目标类的引用，这使得它们之间形成了紧密的耦合关系。一旦目标类的接口发生变化，比如增加、删除或修改方法，代理类也必须同步进行相应的修改，否则会导致编译错误。这种紧密耦合限制了代码的灵活性和可扩展性，增加了代码维护的难度。

• 接口变化时需要同时修改代理类和目标类：当业务需求发生变化，导致目标类的接口需要调整时，不仅目标类本身的代码需要修改，代理类也必须跟着修改。这在实际项目中，尤其是当代理类和目标类数量较多时，会带来大量的代码修改工作，增加了出错的风险，也降低了开发效率。例如，如果我们在音乐播放器接口中新增一个pause方法，那么RealMusicPlayer类和MusicPlayerProxy类都需要实现这个方法，并且代理类中还需要添加相应的额外逻辑。

• 代码维护成本高：随着项目的不断发展和业务的日益复杂，可能会出现多个目标类和对应的代理类。每个代理类都需要手动编写，并且在接口发生变化时都要进行修改，这使得代码的维护成本急剧增加。此外，大量的代理类还会导致代码量膨胀，增加了项目的复杂度和管理难度。

综上所述，静态代理虽然具有实现简单、易于理解等优点，但由于其紧密耦合和维护成本高的缺点，在实际应用中存在一定的局限性。在面对复杂多变的业务场景时，我们可能需要考虑使用更灵活的动态代理等方式来实现代理模式。

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3.3 代码示例

下面我们给出一个完整的静态代理代码示例，以加深对静态代理实现过程的理解。假设我们正在开发一个文件操作的系统，其中有一个文件读取的功能，我们希望通过静态代理来实现对文件读取操作的日志记录。

首先，定义抽象主题接口FileReaderInterface：

// 文件读取接口
public interface FileReaderInterface {String readFile(String filePath);
}

这个接口定义了一个readFile方法，用于读取指定路径的文件内容，并返回文件内容。

然后，创建真实主题类RealFileReader，实现文件读取的具体逻辑：

// 真实的文件读取类
public class RealFileReader implements FileReaderInterface {@Overridepublic String readFile(String filePath) {// 模拟文件读取操作，这里简单返回一个字符串return "文件内容：这是从 " + filePath + " 读取的内容";}
}

在RealFileReader类中，readFile方法通过简单的字符串拼接，模拟了从指定文件路径读取文件内容的操作，并返回读取的内容。

接着，创建代理类FileReaderProxy，实现与FileReaderInterface相同的接口，并在其中添加日志记录功能：

// 文件读取代理类
public class FileReaderProxy implements FileReaderInterface {private FileReaderInterface realFileReader;public FileReaderProxy(FileReaderInterface realFileReader) {this.realFileReader = realFileReader;}@Overridepublic String readFile(String filePath) {System.out.println("开始记录文件读取日志，文件路径：" + filePath);String content = realFileReader.readFile(filePath);System.out.println("文件读取完成，记录日志结束");return content;}
}

在FileReaderProxy类中，通过构造函数接收一个FileReaderInterface类型的对象，即真实的文件读取对象。在readFile方法中，首先输出开始记录文件读取日志的信息，然后调用真实文件读取对象的readFile方法读取文件内容，最后输出文件读取完成并记录日志结束的信息，并返回读取的文件内容。

最后，在客户端代码中使用代理类来读取文件：

public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建真实的文件读取对象FileReaderInterface realFileReader = new RealFileReader();// 创建代理对象，并将真实文件读取对象传递给代理FileReaderInterface proxy = new FileReaderProxy(realFileReader);// 通过代理对象读取文件String content = proxy.readFile("C:/example.txt");System.out.println(