Python设计模式：代理模式
1. 什么是代理模式
代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，它为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。代理模式通过引入一个代理对象来间接访问真实对象，从而在不改变真实对象的情况下，增加对其访问的控制和管理。
在软件开发中，直接访问某个对象可能会涉及到复杂的操作、资源管理或安全问题。例如，在处理大型对象时，可能不希望在程序启动时就加载所有数据，而是希望在真正需要时才进行加载。此外，某些对象可能需要进行权限检查、日志记录或其他操作，这些都可以通过代理模式来实现。
代理模式的主要作用包括：
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控制访问：代理可以在访问真实对象之前进行权限检查或其他控制，确保只有合适的请求才能访问真实对象。
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延迟加载：通过代理，可以在需要时才加载真实对象，从而节省资源。例如，在处理大型数据时，可以使用代理来延迟对象的创建，直到真正需要时才进行初始化。
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记录日志：代理可以在调用真实对象的方法时记录日志，方便后续的调试和分析。这对于监控系统的行为和性能非常有帮助。
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远程代理：在分布式系统中，代理可以代表远程对象进行操作，隐藏网络通信的复杂性。客户端可以像访问本地对象一样访问远程对象，从而简化了编程模型。
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缓存：代理可以实现对真实对象的结果进行缓存，以提高性能。例如，在网络请求中，代理可以缓存之前的请求结果，避免重复的网络调用。
2. 示例 1：图像加载代理
在实际开发中，图像加载是一个常见的场景，尤其是在图形用户界面（GUI）应用程序中。加载高分辨率图像可能会消耗大量的内存和时间，因此我们可以使用代理模式来实现延迟加载。
class RealImage:def __init__(self, filename):self.filename = filenameself.load_image_from_disk()def load_image_from_disk(self):print(f"Loading {self.filename}")def display(self):print(f"Displaying {self.filename}")class ProxyImage:def __init__(self, filename):self.filename = filenameself.real_image = Nonedef display(self):if self.real_image is None:self.real_image = RealImage(self.filename) # 延迟加载self.real_image.display()if __name__ == "__main__":# 创建代理对象proxy_image = ProxyImage("test_image.jpg")# 第一次调用 display 方法时，图像会被加载proxy_image.display()# 再次调用 display 方法时，图像不会被重新加载proxy_image.display()Loading test_image.jpg
Displaying test_image.jpg
Displaying test_image.jpg
3. 示例 2：网络请求代理
在现代应用程序中，网络请求是一个常见的场景。为了提高性能和安全性，我们可以使用代理模式来管理网络请求。以下是一个复杂的示例，展示如何使用代理模式来实现网络请求的缓存和日志记录。
import requests
import time
import json# 真实主题（Real Subject）
class RealNetworkRequest:def __init__(self, url):self.url = urldef fetch_data(self):print(f"Fetching data from {self.url}")response = requests.get(self.url)return response.json()# 代理（Proxy）
class ProxyNetworkRequest:def __init__(self, url, user_role):self.url = urlself.real_request = RealNetworkRequest(url)self.cache = {}self.log_file = "request_log.txt"self.user_role = user_role # 用户角色def fetch_data(self):# 权限检查if not self.check_access():print("Access denied: You do not have permission to access this resource.")return None# 检查缓存if self.url in self.cache:print("Returning cached data.")return self.cache[self.url]# 记录请求开始时间start_time = time.time()# 发送请求data = self.real_request.fetch_data()# 将数据存入缓存self.cache[self.url] = data# 记录请求结束时间end_time = time.time()self.log_request(start_time, end_time)return datadef check_access(self):# 简单的权限检查逻辑# 这里可以根据实际需求进行更复杂的权限检查return self.user_role == "admin" # 只有 admin 用户可以访问def log_request(self, start_time, end_time):duration = end_time - start_timelog_entry = f"Requested {self.url} in {duration:.2f} seconds\n"with open(self.log_file, "a") as log:log.write(log_entry)# 客户端代码
if __name__ == "__main__":url = "https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1"# 创建代理对象，用户角色为 "admin"proxy_request = ProxyNetworkRequest(url, user_role="admin")# 第一次调用 fetch_data 方法时，数据会被请求并缓存data = proxy_request.fetch_data()print("Data:", json.dumps(data, indent=2))# 再次调用 fetch_data 方法时，数据将从缓存中返回data = proxy_request.fetch_data()print("Data:", json.dumps(data, indent=2))# 创建代理对象，用户角色为 "guest"proxy_request_guest = ProxyNetworkRequest(url, user_role="guest")# 尝试调用 fetch_data 方法，应该会被拒绝data = proxy_request_guest.fetch_data()print("Data:", json.dumps(data, indent=2))
Fetching data from https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1
Data: {"userId": 1,"id": 1,"title": "sunt aut facere repellat provident occaecati excepturi optio reprehenderit","body": "quia et suscipit\nsuscipit recusandae consequuntur expedita et cum\nreprehenderit molestiae ut ut quas totam\nnostrum rerum est autem sunt rem eveniet architecto"
}
Returning cached data.
Data: {"userId": 1,"id": 1,"title": "sunt aut facere repellat provident occaecati excepturi optio reprehenderit","body": "quia et suscipit\nsuscipit recusandae consequuntur expedita et cum\nreprehenderit molestiae ut ut quas totam\nnostrum rerum est autem sunt rem eveniet architecto"
}
Access denied: You do not have permission to access this resource.
Data: null
- 真实主题（RealNetworkRequest）：负责发送网络请求并获取响应。
- 代理（ProxyNetworkRequest）：
- 权限检查：在
fetch_data方法中添加了check_access方法，检查用户角色是否为 “admin”。只有管理员用户才能访问网络请求。 - 缓存和日志记录：与之前的示例相同，代理类在发送请求之前检查缓存，并在请求后记录日志。
- 权限检查：在
- 客户端代码：创建两个代理对象，一个是管理员用户，另一个是访客用户。管理员用户可以成功获取数据，而访客用户则会被拒绝访问。