代理模式（Proxy Pattern）是一種結構型設計模式，它通過創建代理對象來控制對另一個對象的訪問。代理模式可以用于延遲實例化、控制訪問權限、記錄日志等。代理模式的核心思想是為其他對象提供一種代理，以控制對這個對象的訪問。
代理模式的結構
代理模式主要包括以下幾個角色：
- 抽象主題（Subject）：定義代理類和真實類的共同接口。
- 真實主題（RealSubject）：實現抽象主題接口，是真正需要使用的對象。
- 代理（Proxy）：實現抽象主題接口，并持有對真實主題對象的引用。
代理模式的類型
代理模式有多種類型，包括：
- 遠程代理：為一個位于不同地址空間的對象提供代理，隱藏實際對象的存在。
- 虛擬代理：根據需要創建開銷大的對象，進行延遲實例化。
- 保護代理：控制對原始對象的訪問，保護其不被隨意訪問和修改。
- 智能引用代理：在訪問對象時，提供額外的操作，如引用計數、日志記錄等。
示例
以下示例展示了一個虛擬代理的實現，用于延遲實例化開銷大的對象。
定義抽象主題和真實主題
from abc import ABC, abstractmethodclass Image(ABC):@abstractmethoddef display(self):passclass RealImage(Image):def __init__(self, filename: str):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}")
定義代理類
class ProxyImage(Image):def __init__(self, filename: str):self.filename = filenameself.real_image = Nonedef display(self):if self.real_image is None:self.real_image = RealImage(self.filename)self.real_image.display()
使用代理類
def main():image = ProxyImage("test_image.jpg")# 圖像尚未加載print("Image will be displayed now:")image.display() # 加載并顯示圖像# 圖像已加載，不需要再次加載print("\nImage will be displayed again:")image.display() # 直接顯示圖像if __name__ == "__main__":main()
在這個示例中，Image是抽象主題，RealImage是具體主題，實現了圖像的加載和顯示。ProxyImage是代理類，通過延遲實例化的方式，控制對RealImage對象的訪問。在第一次調用display方法時，代理類會實例化RealImage對象并加載圖像，后續調用則直接顯示圖像而不需要重新加載。
代理模式的優缺點
優點
- 控制對象訪問：通過代理類，可以控制對真實對象的訪問權限和方式。
- 延遲加載：虛擬代理可以延遲實例化開銷大的對象，提高系統性能。
- 增強功能：智能引用代理可以在訪問對象時增加額外的操作，如日志記錄、性能監控等。
缺點
- 增加復雜性：引入代理模式會增加系統的復雜性，增加類的數量。
- 性能開銷：代理模式可能會引入額外的性能開銷，特別是在代理類和真實類之間的轉換較頻繁時。
代理模式的適用場景
- 遠程代理：為位于不同地址空間的對象提供本地代理，以隱藏實際對象的存在。
- 虛擬代理：根據需要創建開銷大的對象，進行延遲實例化。
- 保護代理：控制對原始對象的訪問，保護其不被隨意訪問和修改。
- 智能引用代理：在訪問對象時，提供額外的操作，如引用計數、日志記錄等。
總結
代理模式是一種結構型設計模式，通過代理對象控制對真實對象的訪問。代理模式可以用于延遲實例化、控制訪問權限、記錄日志等。通過合理應用代理模式，可以提高系統的靈活性和可擴展性，同時也需要注意代理模式可能帶來的復雜性和性能開銷。代理模式在實際開發中有著廣泛的應用，理解并熟練掌握這一模式，有助于構建高效、可維護的系統。
