设计模式（十二）代理模式 — 用代理控制访问，实现延迟加载、权限控制等作用

在软件工程中，灵活性与可维护性的源泉就是“间接性”往往。代理模式（Proxy Pattern）正是这一思想的经典体现。它经过引入一个“中间人”对象，在不改变原始接口的前提下，实现对目标对象的访问控制、功能增强或行为拦截。无论是图片懒加载、权限校验、远程调用，还是 Spring 的事务管理，背后都离不开代理的身影。

本文将系统性地展开代理模式的全貌，共分14 个章节，层层递进，覆盖理论、分类、实现、对比、框架集成、性能分析与最佳实践，助你真正掌握这一核心设计模式。

第一章：代理模式的定义与核心思想

代理模式属于结构型设计模式，其官方定义为：“为其他对象给予一种代理以控制对该对象的访问。”
其本质是通过一个中介对象（Proxy）来代表真实对象（RealSubject），客户端只与代理交互，而代理决定何时、如何、是否将请求转发给真实对象。

核心思想包括三点：

  1. 透明性：客户端无需知道代理的存在，调用方式与直接调用真实对象一致。
  2. 控制性：代理可在请求前后插入逻辑，如权限检查、日志记录、缓存等。
  3. 解耦性：将横切关注点（如安全、日志）从业务逻辑中剥离，符合单一职责原则。

虚拟代理的典型应用。就是例如，当你点击网页中的图片时，浏览器可能先显现占位图，等滚动到可视区域才加载真实图片——这就

第二章：代理模式的角色与 UML 结构

代理模式囊括四个核心角色：

  • Subject（抽象主题）：定义代理与真实对象的公共接口，确保客户端可统一处理两者。
  • RealSubject（真实主题）：搭建 Subject 接口，包含核心业务逻辑。
  • Proxy（代理）：也实现 Subject 接口，内部持有 RealSubject 引用，在转发请求前后执行附加操作。
  • Client（客户端）：仅依赖 Subject 接口，完全 unaware 代理或真实对象的具体类型。

UML 类图如下：

聚合
«interface»
Subject
+request()
RealSubject
+request()
Proxy
-realSubject: RealSubject
+request()

该结构保证了开闭原则：新增代理类型无需修改客户端代码。

第三章：虚拟代理（Virtual Proxy）——延迟加载重型资源

虚拟代理用于延迟创建开销大的对象，直到真正需要时才初始化。适用于图像、视频、数据库连接池、大型计算结果等场景。

典型实现：

  • 代理持有一个空引用；
  • 首次调用方法时，才创建真实对象；
  • 后续调用直接复用已创建实例。

优势：

  • 减少内存占用；
  • 加快系统启动速度；
  • 提升用户体验（如网页首屏渲染更快）。

浏览器中的 <img loading="lazy"> 就是虚拟代理的 HTML 原生实现。

第四章：保护代理（Protection Proxy）——基于角色的访问控制

保护代理用于根据用户身份或权限决定是否允许访问某管理。常见于银行系统、后台管理、API 网关等。

实现要点：

  • 代理持有当前用户上下文（如角色、权限列表）；
  • 在调用真实方法前进行鉴权；
  • 若无权限，抛出异常或返回错误信息。

示例：普通用户只能查看账户余额，管理员才能执行资金划转。通过保护代理，业务逻辑无需掺杂权限判断代码，保持纯净。

第五章：远程代理（Remote Proxy）——封装网络通信

远程代理为位于不同地址空间（如另一台机器）的对象提供本地代表，隐藏底层网络细节。

典型应用：

  • Java RMI（Remote Method Invocation）
  • gRPC 客户端 Stub
  • Web Service 的 SOAP/REST 客户端

客户端调用代理方法如同调用本地方法，而代理负责：

  • 序列化参数；
  • 发起网络请求；
  • 反序列化响应；
  • 处理超时、重试、熔断等。

这极大简化了分布式系统的制作复杂度。

第六章：智能引用代理（Smart Reference Proxy）——自动附加行为

智能引用代理在每次访问对象时自动触发额外动作，如：

  • 引用计数（用于资源回收）
  • 访问日志
  • 缓存命中统计
  • 对象状态监控

例如，一个文件句柄代理可在每次读取时记录访问次数，并在引用归零时自动关闭档案。此种模式常用于资源管理或调试工具中。

第七章：缓存代理（Cache Proxy）——提升系统性能

缓存代理对昂贵操作的结果进行缓存，避免重复计算或 I/O。

实现方式：

  • 以方式参数为 key，结果为 value 存入 Map 或 Redis；
  • 调用前先查缓存，命中则直接返回；
  • 未命中则委托真实对象执行，并写入缓存。

适用场景：

  • 数据库查询结果
  • 复杂数学计算
  • 第三方 API 调用

⚠️ 注意缓存一致性问题，需结合过期策略或主动失效机制。

第八章：日志与监控代理（Logging/Monitoring Proxy）

此类代理专注于非功能性需求，如：

  • 记录方式调用时间、参数、返回值；
  • 统计 QPS、错误率；
  • 上报指标至 Prometheus 或 ELK。

优势在于业务代码零侵入。例如，一个订单服务无需关心“谁在调用我”，只需专注下单逻辑，日志由代理自动完成。

第九章：静态代理 vs 动态代理 —— 手动编写 vs 运行时生成

维度静态代理动态代理
生成时机编译期手动编写运行期 JVM 动态生成
灵活性低（每个接口需单独代理类）高（通用 InvocationHandler）
性能略高（无反射）略低（依赖反射）
维护成本高（代码冗余）低（逻辑集中）

静态代理适合简单、明确的场景；动态代理适合框架级通用增强。

第十章：JDK 动态代理深度剖析

JDK 动态代理基于java.lang.reflect.Proxy 和 InvocationHandler，仅拥护接口代理。

工作流程：

  1. 调用 Proxy.newProxyInstance()；
  2. JVM 在运行时生成 $Proxy0 类（继承 Proxy，实现指定接口）；
  3. 所有接口方法调用被转发至 InvocationHandler.invoke()；
  4. Handler 决定是否调用 method.invoke(target, args)。

局限性：

  • 无法代理没有接口的类；
  • 无法代理 final 办法；
  • 性能略低于直接调用（反射开销约 10–20%）。

第十一章：CGLIB 动态代理与字节码增强

CGLIB（Code Generation Library）通过继承目标类并重写方法实现代理，支持类代理。

原理：

  • 使用 ASM 操控字节码；
  • 生成子类（如 UserService$$EnhancerByCGLIB）；
  • 在子类方法中插入回调逻辑。

优势：

  • 可代理无接口的类；
  • 性能优于 JDK 代理（尤其在高频调用下）；
  • 支持办法过滤、回调链等高级特性。

Spring 默认优先采用 JDK 代理，若目标类无接口则自动切换至 CGLIB。

第十二章：Spring AOP 中的代理机制实战

Spring AOP 是代理模式最成功的工业级应用。其核心就是通过代理搭建切面编程。

关键点：

  • @EnableAspectJAutoProxy开启自动代理；
  • 切面（Aspect）定义通知（Advice）；
  • Spring 容器自动为目标 Bean 创建代理；
  • 调用被代理方式时，自动织入前置、后置、环绕通知。

示例：

@Aspect
@Component
public class LogAspect {
@Around("@annotation(Loggable)")
public Object logExecutionTime(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
long start = System.currentTimeMillis();
Object result = joinPoint.proceed();
System.out.println("Method took: " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
return result;
}
}

注意：只有通过 Spring 容器调用的手段才会被代理！内部手段调用（this.method()）不会触发 AOP。

第十三章：Hibernate 与 MyBatis 中的代理应用

  • Hibernate：对 @OneToMany、@ManyToOne 等关联属性使用虚拟代理实现懒加载。当你访问 user.getOrders() 时，Hibernate 才发起 SQL 查询。
  • MyBatis：Mapper 接口无实现类，MyBatis 借助JDK 动态代理为每个接口方法绑定对应的 SQL 语句。

二者都利用代理实现了“声明式编程”：开发者只需定义接口或注解，框架自动完成底层逻辑。

第十四章：代理模式的最佳实践与陷阱规避

✅ 最佳实践：

  1. 明确代理目的：是控制访问？还是增强功能？
  2. 优先利用动态代理：减少样板代码，提升可维护性；
  3. 避免代理链过深：多层代理会增加调试难度；
  4. 合理管理生命周期：虚拟代理注意内存泄漏；
  5. 结合工厂模式：统一创建和配置代理。

❌ 常见陷阱：

  • 循环依赖：代理持有真实对象，真实对象又持有代理；
  • 状态不一致：代理与真实对象各自维护状态；
  • 性能误判：在高频路径上滥用代理导致瓶颈；
  • 忽略异常传播：代理未正确处理或包装异常。

适用场景总结：

  • 应该延迟加载 → 虚拟代理
  • 需权限控制 → 保护代理
  • 需要远程调用 → 远程代理
  • 必须统一增强 → 动态代理 + AOP

结语：代理，让架构更优雅

代理模式不仅是设计模式，更是一种架构哲学：通过引入可控的间接层，换取系统的安全性、灵活性与可扩展性。从简单的图片懒加载，到企业级微服务治理，代理无处不在。

高级工程师的核心竞争力之一。就是掌握代理模式，意味着你已具备“在不侵入核心业务的前提下，优雅地扩展系统能力”的能力——这正

下次当你面对“如何在不改代码的情况下加日志？”、“如何实现懒加载？”、“如何做权限拦截？”等问题时，请记住：代理，就在你手中。

posted @ 2025-12-20 19:35  clnchanpin  阅读(61)  评论(0)    收藏  举报