Java設計模式中的代理設計模式詳細解析

更新時間：2023年12月05日 09:25:06 作者：遇見更好的自己、

這篇文章主要介紹了Java設計模式中的代理設計模式詳細解析,代理模式,重要的在于代理二字,何為代理,我們可以聯想到生活中的例子,比如秘書、中介這類職業(yè),我們可以委托中介去幫我們完成某些事情,而我們自己只需要關注我們必須完成的事情,需要的朋友可以參考下

前言

熟悉java語言的同學應該對動態(tài)代理、靜態(tài)代理很了解，其實這兩種代理其實是代理設計模式的一種具體的應用

那如為代理？代理模式的具體應用場景又是什么勒？

代理模式的原理

代理模式，重要的在于代理二字，何為代理，我們可以聯想到生活中的例子，比如秘書、中介這類職業(yè)。當我們對某個行業(yè)或者某個流程不了解，或者我們根本無需了解的時候，我們可以委托中介去幫我們完成某些事情，而我們自己只需要關注我們必須完成的事情。

接下來我們看一個代理模式具體應用的例子，我們在日常開發(fā)的過程中，除了要關注業(yè)務代碼的實現，還需要關注一些非功能設計的要掉。比如接口的訪問時間、處理時長等。

代理類 UserControllerProxy 和原始類 UserController 實現相同的接口 IUserController。UserController 類只負責業(yè)務功能。代理類 UserControllerProxy 負責在業(yè)務代碼執(zhí)行前后附加其他邏輯代碼，并通過委托的方式調用原始類來執(zhí)行業(yè)務代碼。具體的代碼實現如下所示：

 
public class UserController {
  //...省略其他屬性和方法...
  private MetricsCollector metricsCollector; // 依賴注入
  public UserVo login(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
    // ... 省略login邏輯...
    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("login", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
    //...返回UserVo數據...
  }
  public UserVo register(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
    // ... 省略register邏輯...
    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("register", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
    //...返回UserVo數據...
  }
}

在上述代碼中，代理類和原始類需要實現相同的接口。但是，如果原始類并沒有定義接口，并且原始類代碼并不是我們開發(fā)維護的（比如它來自一個第三方的類庫），我們也沒辦法直接修改原始類，給它重新定義一個接口。在這種情況下，我們該如何實現代理模式呢？

對于這種外部類的擴展，我們一般都是采用繼承的方式。這里也不例外。我們讓代理類繼承原始類，然后擴展附加功能。原理很簡單，不需要過多解釋，你直接看代碼就能明白。具體代碼如下所示：

 
public interface IUserController {
  UserVo login(String telephone, String password);
  UserVo register(String telephone, String password);
}
public class UserController implements IUserController {
  //...省略其他屬性和方法...
  @Override
  public UserVo login(String telephone, String password) {
    //...省略login邏輯...
    //...返回UserVo數據...
  }
  @Override
  public UserVo register(String telephone, String password) {
    //...省略register邏輯...
    //...返回UserVo數據...
  }
}
public class UserControllerProxy implements IUserController {
  private MetricsCollector metricsCollector;
  private UserController userController;
  public UserControllerProxy(UserController userController) {
    this.userController = userController;
    this.metricsCollector = new MetricsCollector();
  }
  @Override
  public UserVo login(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
    // 委托
    UserVo userVo = userController.login(telephone, password);
    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("login", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
    return userVo;
  }
  @Override
  public UserVo register(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
    UserVo userVo = userController.register(telephone, password);
    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("register", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
    return userVo;
  }
}
//UserControllerProxy使用舉例
//因為原始類和代理類實現相同的接口，是基于接口而非實現編程
//將UserController類對象替換為UserControllerProxy類對象，不需要改動太多代碼
IUserController userController = new UserControllerProxy(new UserController());

動態(tài)代理的原理分析

其實上面就是靜態(tài)代理使用的一個案例，在編譯器就能確定某個類的代理類是哪個，具體的職責內容是什么。靜態(tài)代理有如下兩個問題：

我們需要在代理類中，將原始類中的所有的方法，都重新實現一遍，并且為每個方法都附加相似的代碼邏輯
如果要添加的附加功能的類有不止一個，我們需要針對每個類都創(chuàng)建一個代理類。

如果有 50 個要添加附加功能的原始類，那我們就要創(chuàng)建 50 個對應的代理類。這會導致項目中類的個數成倍增加，增加了代碼維護成本。并且，每個代理類中的代碼都有點像模板式的“重復”代碼，也增加了不必要的開發(fā)成本。那這個問題怎么解決呢？

我們可以使用動態(tài)代理來解決這個問題。所謂動態(tài)代理（Dynamic Proxy），就是我們不事先為每個原始類編寫代理類，而是在運行的時候，動態(tài)地創(chuàng)建原始類對應的代理類，然后在系統中用代理類替換掉原始類。

那如何實現動態(tài)代理呢？

public class MetricsCollectorProxy {
  private MetricsCollector metricsCollector;
  public MetricsCollectorProxy() {
    this.metricsCollector = new MetricsCollector();
  }
  public Object createProxy(Object proxiedObject) {
    Class<?>[] interfaces = proxiedObject.getClass().getInterfaces();
    DynamicProxyHandler handler = new DynamicProxyHandler(proxiedObject);
    return Proxy.newProxyInstance(proxiedObject.getClass().getClassLoader(), interfaces, handler);
  }
  private class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
    private Object proxiedObject;
    public DynamicProxyHandler(Object proxiedObject) {
      this.proxiedObject = proxiedObject;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
      long startTimestamp = System.currentTimeMillis();
      Object result = method.invoke(proxiedObject, args);
      long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
      long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
      String apiName = proxiedObject.getClass().getName() + ":" + method.getName();
      RequestInfo requestInfo = new RequestInfo(apiName, responseTime, startTimestamp);
      metricsCollector.recordRequest(requestInfo);
      return result;
    }
  }
}
//MetricsCollectorProxy使用舉例
MetricsCollectorProxy proxy = new MetricsCollectorProxy();
IUserController userController = (IUserController) proxy.createProxy(new UserController());

實際上，Spring AOP 底層的實現原理就是基于動態(tài)代理。用戶配置好需要給哪些類創(chuàng)建代理，并定義好在執(zhí)行原始類的業(yè)務代碼前后執(zhí)行哪些附加功能。Spring 為這些類創(chuàng)建動態(tài)代理對象，并在 JVM 中替代原始類對象。原本在代碼中執(zhí)行的原始類的方法，被換作執(zhí)行代理類的方法，也就實現了給原始類添加附加功能的目的。

代理模式的應用場景

業(yè)務系統的非功能性需求開發(fā)

代理模式最常用的一個應用場景就是，在業(yè)務系統中開發(fā)一些非功能性需求，比如：監(jiān)控、統計、鑒權、限流、事務、冪等、日志。

我們將這些附加功能與業(yè)務功能解耦，放到代理類中統一處理，讓程序員只需要關注業(yè)務方面的開發(fā)。

實際上，前面舉的搜集接口請求信息的例子，就是這個應用場景的一個典型例子。

熟悉 Java 語言和 Spring 開發(fā)框架，這部分工作都是可以在 Spring AOP 切面中完成的。前面我們也提到，Spring AOP 底層的實現原理就是基于動態(tài)代理。

代理模式在 RPC、緩存中的應用

實際上，RPC 框架也可以看作一種代理模式，GoF 的《設計模式》一書中把它稱作遠程代理。

通過遠程代理，將網絡通信、數據編解碼等細節(jié)隱藏起來。

客戶端在使用 RPC 服務的時候，就像使用本地函數一樣，無需了解跟服務器交互的細節(jié)。

除此之外，RPC 服務的開發(fā)者也只需要開發(fā)業(yè)務邏輯，就像開發(fā)本地使用的函數一樣，不需要關注跟客戶端的交互細節(jié)。

代理模式在緩存中的應用

假設我們要開發(fā)一個接口請求的緩存功能，對于某些接口請求，如果入參相同，在設定的過期時間內，直接返回緩存結果，而不用重新進行邏輯處理。比如，針對獲取用戶個人信息的需求，我們可以開發(fā)兩個接口，一個支持緩存，一個支持實時查詢。對于需要實時數據的需求，我們讓其調用實時查詢接口，對于不需要實時數據的需求，我們讓其調用支持緩存的接口。那如何來實現接口請求的緩存功能呢？

最簡單的實現方法就是剛剛我們講到的，給每個需要支持緩存的查詢需求都開發(fā)兩個不同的接口，一個支持緩存，一個支持實時查詢。但是，這樣做顯然增加了開發(fā)成本，而且會讓代碼看起來非常臃腫（接口個數成倍增加），也不方便緩存接口的集中管理（增加、刪除緩存接口）、集中配置（比如配置每個接口緩存過期時間）

針對這些問題，代理模式就能派上用場了，確切地說，應該是動態(tài)代理。如果是基于 Spring 框架來開發(fā)的話，那就可以在 AOP 切面中完成接口緩存的功能。在應用啟動的時候，我們從配置文件中加載需要支持緩存的接口，以及相應的緩存策略（比如過期時間）等。當請求到來的時候，我們在 AOP 切面中攔截請求，如果請求中帶有支持緩存的字段（比如 //…?..&cached=true），我們便從緩存（內存緩存或者 Redis 緩存等）中獲取數據直接返回。

總結

代理模式的原理與實現

在不改變原始類（或叫被代理類）的情況下，通過引入代理類來給原始類附加功能。一般情況下，我們讓代理類和原始類實現同樣的接口。但是，如果原始類并沒有定義接口，并且原始類代碼并不是我們開發(fā)維護的。在這種情況下，我們可以通過讓代理類繼承原始類的方法來實現代理模式。

動態(tài)代理的原理與實現

靜態(tài)代理需要針對每個類都創(chuàng)建一個代理類，并且每個代理類中的代碼都有點像模板式的“重復”代碼，增加了維護成本和開發(fā)成本。對于靜態(tài)代理存在的問題，我們可以通過動態(tài)代理來解決。我們不事先為每個原始類編寫代理類，而是在運行的時候動態(tài)地創(chuàng)建原始類對應的代理類，然后在系統中用代理類替換掉原始類。

代理模式的應用場景

代理模式常用在業(yè)務系統中開發(fā)一些非功能性需求，比如：監(jiān)控、統計、鑒權、限流、事務、冪等、日志。我們將這些附加功能與業(yè)務功能解耦，放到代理類統一處理，讓程序員只需要關注業(yè)務方面的開發(fā)。除此之外，代理模式還可以用在 RPC、緩存等應用場景中。

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