在軟件開發中，我們經常需要控制對某些對象的訪問——可能是為了延遲加載、添加額外功能或保護敏感資源。這正是代理模式大顯身手的地方。作為結構型設計模式的重要成員，代理模式在眾多知名框架和系統中扮演著關鍵角色。本文將全面剖析代理模式的方方面面，帶你領略這一模式的精妙之處。

一、代理模式概述

1.1 什么是代理模式

代理模式（Proxy Pattern）是一種結構型設計模式，它為其他對象提供一種代理以控制對這個對象的訪問。簡單來說，代理就是一個"替身"，它代表另一個對象（即真實對象）執行某些操作，同時可以在訪問真實對象前后添加自己的邏輯。

1.2 代理模式的核心思想

代理模式的核心在于"控制訪問"，它遵循了面向對象設計原則中的"單一職責原則"和"開閉原則"：

• 單一職責：真實對象只需關注核心業務邏輯，而訪問控制、日志記錄等職責交給代理

• 開閉原則：可以在不修改真實對象代碼的情況下，通過代理擴展功能

1.3 生活中的代理類比

現實生活中代理的例子比比皆是：

• 房屋中介：代理房東處理租房事宜

• 明星經紀人：代理明星安排演出和商業活動

• 信用卡：代理銀行賬戶進行支付

這些代理的共同特點是：它們都代表另一個實體執行操作，同時可以添加自己的處理邏輯（如中介收取傭金、經紀人篩選邀約等）。

二、代理模式的結構與實現

2.1 UML類圖

2.2 核心角色

1. Subject（抽象主題）

   • 定義真實主題和代理主題的共同接口

   • 可以是接口或抽象類

2. RealSubject（真實主題）

   • 實現真實業務邏輯的類

   • 是被代理的對象

3. Proxy（代理）

   • 包含對真實主題的引用

   • 實現與真實主題相同的接口

   • 可以控制對真實主題的訪問

2.3 Java實現示例

// 抽象主題
interface Database {void query(String sql);
}// 真實主題
class RealDatabase implements Database {@Overridepublic void query(String sql) {System.out.println("執行查詢: " + sql);// 實際數據庫操作...}
}// 代理
class DatabaseProxy implements Database {private RealDatabase realDatabase;private List<String> blacklist = Arrays.asList("DELETE", "DROP", "TRUNCATE");@Overridepublic void query(String sql) {// 安全檢查if (containsBlacklistedKeywords(sql)) {throw new RuntimeException("查詢包含危險操作");}// 日志記錄System.out.println("[" + LocalDateTime.now() + "] 執行查詢: " + sql);// 延遲初始化if (realDatabase == null) {realDatabase = new RealDatabase();}// 執行實際查詢realDatabase.query(sql);// 后置處理System.out.println("查詢完成");}private boolean containsBlacklistedKeywords(String sql) {return blacklist.stream().anyMatch(sql::contains);}
}// 客戶端代碼
public class Client {public static void main(String[] args) {Database database = new DatabaseProxy();database.query("SELECT * FROM users");  // 正常執行database.query("DROP TABLE users");     // 拋出異常}
}

這個示例展示了一個數據庫查詢代理，它實現了：

1. 安全檢查（保護代理）

2. 日志記錄（智能引用代理）

3. 延遲初始化（虛擬代理）

三、代理模式的類型

3.1 遠程代理（Remote Proxy）

特點：為位于不同地址空間的對象提供本地代表

應用場景：

• RPC（遠程過程調用）

• Web服務客戶端

• 分布式系統中的存根（Stub）

示例：

// 遠程服務接口
interface WeatherService {String getWeather(String city);
}// 本地代理
class WeatherServiceProxy implements WeatherService {@Overridepublic String getWeather(String city) {// 通過網絡調用遠程服務return callRemoteWeatherService(city);}private String callRemoteWeatherService(String city) {// 實際網絡通信邏輯...return "Sunny";}
}

3.2 虛擬代理（Virtual Proxy）

特點：根據需要創建開銷很大的對象

應用場景：

• 大圖加載

• 復雜對象初始化

• 資源密集型操作

示例：

class HighResolutionImage implements Image {public HighResolutionImage(String path) {loadImage(path); // 耗時操作}private void loadImage(String path) {// 加載大圖...}
}class ImageProxy implements Image {private String path;private HighResolutionImage realImage;public ImageProxy(String path) {this.path = path;}@Overridepublic void show() {if (realImage == null) {realImage = new HighResolutionImage(path); // 延遲加載}realImage.show();}
}

3.3 保護代理（Protection Proxy）

特點：控制對原始對象的訪問權限

應用場景：

• 權限控制

• 敏感操作保護

• 訪問限制

示例：

interface BankAccount {void withdraw(double amount);double getBalance();
}class RealBankAccount implements BankAccount {private double balance;@Overridepublic void withdraw(double amount) {balance -= amount;}@Overridepublic double getBalance() {return balance;}
}class BankAccountProxy implements BankAccount {private RealBankAccount account;private User user;public BankAccountProxy(User user) {this.user = user;this.account = new RealBankAccount();}@Overridepublic void withdraw(double amount) {if (user.hasPermission("WITHDRAW")) {account.withdraw(amount);} else {throw new SecurityException("無取款權限");}}@Overridepublic double getBalance() {if (user.hasPermission("VIEW_BALANCE")) {return account.getBalance();} else {throw new SecurityException("無查看余額權限");}}
}

3.4 智能引用代理（Smart Reference Proxy）

特點：在訪問對象時執行附加操作

應用場景：

• 引用計數

• 對象池管理

• 緩存機制

示例：

class ExpensiveObject {void process() {System.out.println("處理中...");}
}class SmartProxy {private ExpensiveObject realObject;private int accessCount = 0;public void process() {if (realObject == null) {realObject = new ExpensiveObject();}accessCount++;System.out.println("訪問次數: " + accessCount);realObject.process();if (accessCount >= 5) {System.out.println("重置對象...");realObject = null;accessCount = 0;}}
}

四、代理模式的深入應用

4.1 Spring框架中的代理

Spring框架廣泛使用代理模式，主要體現在：

1. AOP（面向切面編程）

   • Spring AOP使用JDK動態代理或CGLIB代理實現

   • 為業務組件添加事務管理、日志記錄等橫切關注點

2. 事務管理

   • @Transactional注解背后的代理機制

   • 在方法調用前后管理事務邊界

3. @Configuration類

   • 配置類的代理確保@Bean方法單例性

示例：

@Service
public class UserService {@Transactionalpublic void createUser(User user) {// 數據庫操作}
}// Spring在運行時創建代理類
class UserServiceProxy extends UserService {private UserService target;private PlatformTransactionManager txManager;@Overridepublic void createUser(User user) {TransactionStatus status = txManager.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());try {target.createUser(user);txManager.commit(status);} catch (Exception e) {txManager.rollback(status);throw e;}}
}

4.2 MyBatis中的代理

MyBatis使用JDK動態代理實現Mapper接口：

public interface UserMapper {@Select("SELECT * FROM users WHERE id = #{id}")User getUserById(int id);
}// MyBatis在運行時生成代理實現
class MapperProxy implements InvocationHandler {private SqlSession sqlSession;@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) {// 解析注解中的SQLString sql = method.getAnnotation(Select.class).value();// 執行SQL并返回結果return sqlSession.selectOne(sql, args[0]);}
}

4.3 RPC框架中的代理

遠程方法調用（RPC）框架如Dubbo、gRPC都使用代理模式：

// 服務接口
public interface OrderService {Order getOrder(long id);
}// 客戶端代理
class OrderServiceProxy implements OrderService {private String serviceUrl;@Overridepublic Order getOrder(long id) {// 序列化參數byte[] request = serialize(id);// 網絡調用byte[] response = sendRequest(serviceUrl, request);// 反序列化結果return deserialize(response);}
}

五、代理模式的優缺點

5.1 優點

1. 職責分離：代理對象處理非功能性需求（如安全、日志），真實對象專注業務邏輯

2. 開閉原則：無需修改真實對象即可擴展功能

3. 訪問控制：代理可以控制對真實對象的訪問

4. 性能優化：虛擬代理可以實現延遲加載，提高系統響應速度

5.2 缺點

1. 復雜度增加：引入代理層會增加系統復雜度

2. 性能開銷：代理調用會帶來額外的處理時間

3. 間接性：可能使調試變得困難，因為調用棧更深

六、代理模式與相關模式的比較

6.1 代理模式 vs 裝飾器模式

6.2 代理模式 vs 適配器模式

七、實際應用建議

1. 何時使用代理模式：

   • 需要延遲初始化（虛擬代理）

   • 需要控制資源訪問（保護代理）

   • 需要添加橫切關注點（AOP）

   • 需要遠程調用（遠程代理）

2. 實現選擇：

   • 靜態代理：代理類在編譯時確定，適合簡單場景

   • 動態代理：運行時生成代理類，更靈活（JDK動態代理、CGLIB）

3. 性能考慮：

   • 對于頻繁調用的方法，注意代理帶來的性能開銷

   • 考慮使用輕量級代理或直接訪問

4. 設計原則：

   • 遵循"最少知識原則"，代理不應暴露過多真實對象細節

   • 保持代理接口簡潔，避免成為"上帝對象"

結語

代理模式作為設計模式家族中的重要成員，其應用范圍從簡單的對象訪問控制到復雜的框架實現無處不在。理解并掌握代理模式，不僅能幫助我們設計出更加靈活、安全的系統，還能深入理解眾多流行框架的內部工作機制。無論是日常開發中的權限控制、日志記錄，還是分布式系統中的遠程調用，代理模式都展現出其強大的適應性和生命力。希望本文能為你打開代理模式的大門，助你在軟件設計之路上更進一步。