初识设计模式——代理模式（Proxy Pattern）

cuixiaogang
  2018-09-27 2018-09-27 Created      

代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，它允许通过代理对象来控制对另一个对象（即目标对象）的访问。代理对象在客户端和目标对象之间起到中介的作用，客户端与目标对象之间的交互都通过代理对象来完成。代理模式可以在不改变目标对象的情况下，对目标对象的功能进行增强或控制访问。

代理模式的结构

  • 抽象主题（Subject）：定义了目标对象和代理对象的共同接口，客户端通过这个接口来调用目标对象或代理对象的方法。
  • 真实主题（Real Subject）：实现了抽象主题接口，是实际执行具体业务逻辑的对象。
  • 代理（Proxy）：也实现了抽象主题接口，持有一个真实主题的引用。代理对象可以在调用真实主题的方法前后进行一些额外的操作，如权限检查、缓存处理等。

代理模式结构图

代理模式的主要应用场景

网络请求与 API 调用

  • 场景描述：在开发网络应用时，客户端与服务器交互频繁，直接进行网络请求可能会面临超时、异常处理等问题。使用代理模式可以封装网络请求细节，增强代码的可维护性和健壮性。
  • 具体示例：在一个电商 APP 里，商品数据的获取依赖服务器的 API。为避免网络请求的复杂性影响业务逻辑，可创建一个代理类。该代理类负责处理网络连接、请求参数封装、错误重试等操作。当 APP 需要获取商品列表时，只需调用代理类的相应方法，而无需关心底层网络请求的具体实现。

性能优化与缓存

  • 场景描述：对于一些计算开销大或者数据获取成本高的操作，频繁执行会严重影响系统性能。通过代理模式引入缓存机制，可显著提升系统性能。
  • 具体示例：在一个数据分析系统中，生成复杂报表需要对大量数据进行计算和处理，过程耗时较长。可以创建一个代理类，在首次请求报表数据时，代理类调用实际的报表生成服务并将结果缓存起来。后续再次请求相同报表时，代理类直接从缓存中获取数据，避免重复计算。

安全控制与权限管理

  • 场景描述：在企业级应用系统中，不同用户角色对系统资源的访问权限不同。使用代理模式可以在访问资源前进行权限验证，确保系统数据的安全性。
  • 具体示例：在一个企业内部的文件管理系统中，对于敏感文件的访问需要严格的权限控制。可以创建一个代理类，在用户尝试访问文件时，代理类先检查用户的权限。只有具有相应权限的用户才能通过代理类访问实际的文件资源，否则将拒绝访问请求。

延迟加载

  • 场景描述：在一些大型应用中，部分对象的创建和初始化过程较为复杂，会消耗大量系统资源。使用代理模式可以实现对象的延迟加载，提高系统的响应速度。
  • 具体示例：在一个图形设计软件中，打开一个包含大量图层和特效的文件时，若一次性加载所有内容会导致软件启动缓慢。可以创建一个代理对象来代表这些复杂的图层和特效。在用户真正需要查看或编辑某个图层时，代理对象才会去加载该图层的实际内容。

日志记录与监控

  • 场景描述：为了便于系统的维护和故障排查，需要对系统中某些关键操作进行日志记录和监控。代理模式可以在不影响原有业务逻辑的前提下，方便地添加日志记录和监控功能。
  • 具体示例：在一个在线支付系统中，用户的支付操作是关键业务流程。可以创建一个代理类，在用户发起支付请求时，代理类除了调用实际的支付服务完成支付操作外，还会记录支付的相关信息，如支付时间、支付金额、支付状态等。同时，代理类还可以对支付操作的执行时间进行监控，当支付操作耗时过长时，及时发出警报。

代码示例

下面以“性能优化与缓存”作为场景，来使用代理模式实现功能

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<?php
// 抽象主题：定义计算接口
interface Calculator {
    public function calculate($input);
}

// 真实主题：实现具体的计算逻辑
class RealCalculator implements Calculator {
    public function calculate($input) {
        // 模拟复杂的计算，这里简单地返回输入的平方
        echo "正在进行复杂计算...\n";
        return $input * $input;
    }
}

// 代理类：添加缓存机制
class CacheProxyCalculator implements Calculator {
    private $realCalculator;
    private $cache = [];

    public function __construct() {
        $this->realCalculator = new RealCalculator();
    }

    public function calculate($input) {
        if (array_key_exists($input, $this->cache)) {
            echo "从缓存中获取结果...\n";
            return $this->cache[$input];
        }

        $result = $this->realCalculator->calculate($input);
        $this->cache[$input] = $result;
        echo "将结果存入缓存...\n";
        return $result;
    }
}

// 使用示例
$proxy = new CacheProxyCalculator();

// 第一次计算
$input1 = 5;
$result1 = $proxy->calculate($input1);
echo "输入 $input1 的计算结果是: $result1\n";

// 第二次计算相同的输入
$input2 = 5;
$result2 = $proxy->calculate($input2);
echo "输入 $input2 的计算结果是: $result2\n";

// 计算不同的输入
$input3 = 10;
$result3 = $proxy->calculate($input3);
echo "输入 $input3 的计算结果是: $result3\n";
?>

UML类图

UML类图

代理模式的优缺点

优点

  • 保护目标对象：代理对象可以在访问目标对象之前进行权限检查、验证等操作，从而保护目标对象不被非法访问。
  • 增强功能：可以在代理对象中添加额外的功能，如缓存、日志记录等，而不需要修改目标对象的代码，符合开闭原则。
  • 延迟加载：在某些情况下，代理对象可以实现目标对象的延迟加载，只有在真正需要使用目标对象时才进行创建和初始化，提高系统性能。
  • 解耦客户端和目标对象：客户端只需要与代理对象进行交互，不需要直接与目标对象交互，降低了客户端与目标对象之间的耦合度。

缺点

  • 增加系统复杂度：引入代理对象会增加系统的复杂度，尤其是当代理逻辑较为复杂时，可能会导致代码难以理解和维护。
  • 性能开销：代理对象的存在会增加一定的性能开销，因为每次访问目标对象都需要通过代理对象进行中转。
  • 可能导致请求处理变慢：如果代理对象的处理逻辑过多，会导致请求处理的时间变长，影响系统的响应速度。

代理模式与装饰模式的区别

代理模式和装饰模式在结构上有相似之处，都涉及到包装一个对象并提供额外的功能，但它们的设计目的和应用场景存在明显差异。

设计目的

  • 代理模式：主要目的是控制对对象的访问。它在客户端和目标对象之间起到中介作用，客户端通过代理对象来间接访问目标对象。代理对象可以在访问目标对象前后进行一些额外的操作，如权限验证、延迟加载、缓存等，重点在于对访问的控制和管理。
  • 装饰模式：着重于动态地为对象添加额外的职责。它允许在不改变对象原有结构的情况下，通过组合不同的装饰器来为对象增加新的功能。装饰模式更关注于功能的扩展，而不是访问控制。

结构特点

  • 代理模式：代理对象和目标对象实现相同的接口，客户端通常只知道代理对象，而不知道目标对象的存在。代理对象持有目标对象的引用，并在需要时调用目标对象的方法。
  • 装饰模式：装饰器和被装饰的对象都实现相同的抽象组件接口。装饰器可以嵌套使用，通过层层包装来不断为对象添加新的功能。客户端可以直接操作装饰器链，而不需要关心具体的装饰器层次结构。

应用场景

  • 代理模式：
    • 远程代理：在分布式系统中，为远程对象提供本地的代理，方便客户端进行远程访问，如远程方法调用（RMI）。
    • 虚拟代理：用于创建开销大的对象，先创建轻量级的代理对象，在真正需要使用时再创建实际对象，如图片的延迟加载。
    • 保护代理：控制对对象的访问权限，在访问前进行权限检查，如系统的权限管理。
    • 缓存代理：为频繁使用的结果提供缓存，避免重复计算，提高系统性能。
  • 装饰模式：
    • 功能扩展：当需要为一个对象动态地添加不同的功能组合时，如在图形界面中为组件添加不同的边框、颜色等效果。
    • 避免子类爆炸：相比于使用继承来扩展功能，装饰模式可以避免创建大量的子类，使代码更加灵活和可维护。

总结

代理模式侧重于对对象访问的控制，而装饰模式侧重于对对象功能的扩展。在实际应用中，需要根据具体的需求来选择合适的设计模式。

On this page
初识设计模式——代理模式（Proxy Pattern）
  1. 代理模式的结构
  2. 代理模式的主要应用场景
    1. 网络请求与 API 调用
    2. 性能优化与缓存
    3. 安全控制与权限管理
    4. 延迟加载
    5. 日志记录与监控
  3. 代码示例
  4. UML类图
  5. 代理模式的优缺点
    1. 优点
    2. 缺点
  6. 代理模式与装饰模式的区别
    1. 设计目的
    2. 结构特点
    3. 应用场景
    4. 总结