设计模式---代理模式

简述

对客户端隐藏目标类，创建代理类拓展目标类，并且对于客户端隐藏功能拓展的细节，使得客户端可以像使用目标类一样使用代理类，面向代理(客户端只与代理类交互)。

话不多说，看一个优化案例。

优化案例

最初版v0

目前的功能是下载可以下载文件。

public class BiliBiliDownloader {
    public byte[] download(String filePath) throws InterruptedException {
        System.out.printf("正在下载BiliBili文件：%s%n", filePath);
        // 模拟文件下载，睡个10秒
        Thread.sleep(10000);
        return new byte[1024]; // 假装是下载文件的字节数组
    }
}

客户端调用代码，如下。

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        BiliBiliDownloader bilidownloader = new BiliBiliDownloader();
        bilidownloader.download("/root/buzuweiqi/java_manual.txt");
    }
}

下载工具类对客户端完全暴露，客户端可以直接使用下载类实现下载，这实际上是无可厚非的。
经过研究发现，这个下载类有一个问题：每次调用都肯定会下载新的文件，即便文件已经被下载过。

为了解决这个问题，开发团队经过商讨已经有了一个初步的方案。看一下代码样例。

修改版v1

团队决定使用传统的修改方式(直接修改BiliBiliDownloader)，认为这样最为的直观。确实，代码量少且未来可以预期修改不频繁时，传统的修改方案也未尝不是一个好的选择。

public class BiliBiliDownloader {
    // 定义用来缓存数据的map对象
    private static Map<String, byte[]> map = new HashMap<>();
    public byte[] download(String filePath) throws InterruptedException {
        System.out.printf("正在下载BiliBili文件：%s%n", filePath);
        if (map.containsKey(filePath)) {
            return map.get(filePath);
        }
        // 模拟文件下载，睡个10秒
        Thread.sleep(10000);
        byte[] res = new byte[1024]; // 假装这是下载后的字节数组
        map.put(filePath, res); // 加入缓存
        return res;
    }
}

客户端调用代码，还是和原来一样。

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        BiliBiliDownloader downloader = new BiliBiliDownloader();
        downloader.download("/root/home/buzuweiqi/java_manual.txt");
        // 由于文件已经缓存，所以这次下载非常快
        downloader.download("/root/home/buzuweiqi/java_manual.txt");
        // 由于文件还未缓存，所以这次下载比较缓慢
        downloader.download("/root/home/buzuweiqi/linux_manual.txt");
    }
}

到目前为止好像都没有啥不妥的地方。直到有一天，客户提出了新的需求：虽然现在只可以下载bilibili的文件(视频，音频，文章等)，以后还想要下载youtube的文件。

为了实现这个需求，以及方便以后同类的需求变更，是时候用上代理模式。

修改版v2

代理模式在使用的时候需要顶一个一个顶层接口，并且使得代理类和被代理类都实现这个接口。
代理类中需要持有非代理类的一个对象。并且在调用代理类的功能前后可以根据业务需要拓展新的功能。

public interface Downloader {
    byte[] download(String filePath) throws InterruptedException;
}

public class BiliBiliDownloader implements Downloader {
    public byte[] download(String filePath) throws InterruptedException {
        System.out.printf("正在下载BiliBili文件：%s%n", filePath);
        // 模拟文件下载，睡个10秒
        Thread.sleep(10000);
        return new byte[1024]; // 假装是下载文件的字节数组
    }
}

public class ProxyBiliBiliDownloader implements Downloader {
    private static Map<String, byte[]> map = new HashMap<>();
    private BiliBiliDownloader downloader = new BiliBiliDownloader();
    public byte[] download(String filePath) throws InterruptedException {
        if (map.containsKey(filePath)) {
            System.out.printf("正在下载BiliBili文件：%s%n", filePath);
            return map.get(filePath);
        }
        byte[] res = downloader.download(filePath);
        map.put(filePath, res);
        return res;
    }
}

public class YoutubeDownloader implements Downloader {
    public byte[] download(String filePath) throws InterruptedException {
        System.out.printf("正在下载Youtube文件：%s%n", filePath);
        // 模拟文件下载，睡个10秒
        Thread.sleep(10000);
        return new byte[1024]; // 假装是下载文件的字节数组
    }
}

public class ProxyYoutubeDownloader implements Downloader {
    private static Map<String, byte[]> map = new HashMap<>();
    private BiliBiliDownloader downloader = new BiliBiliDownloader();
    public byte[] download(String filePath) throws InterruptedException {
        if (map.containsKey(filePath)) {
            System.out.printf("正在下载Youtube文件：%s%n", filePath);
            return map.get(filePath);
        }
        byte[] res = downloader.download(filePath);
        map.put(filePath, res);
        return res;
    }
}

客户端的使用案例如下。

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        Downloader downloader = new ProxyBiliBiliDownloader();
        downloader.download("/root/home/buzuweiqi/java_manual.txt");
        downloader = new ProxyYoutubeDownloader();
        downloader.download("/root/home/buzuweiqi/linux_manual.txt");
    }
}

客户端不再依赖目标类，而是转而依赖代理类。
代理模式使得增加相似需求时可以只增加一对实现类(目标类，代理类)，而不用修改原本的类，符合开闭原则。

实际上通常我们会使用一个更为简单的方式控制代理对象的创建：反射。

修改版v3

高层接口，实现的目标类、代理类依旧不变。

public interface Downloader {
    byte[] download(String filePath) throws InterruptedException;
}

public class BiliBiliDownloader implements Downloader {
    public byte[] download(String filePath) throws InterruptedException {
        System.out.printf("正在下载BiliBili文件：%s%n", filePath);
        // 模拟文件下载，睡个10秒
        Thread.sleep(10000);
        return new byte[1024]; // 假装是下载文件的字节数组
    }
}

public class ProxyBiliBiliDownloader implements Downloader {
    private static Map<String, byte[]> map = new HashMap<>();
    private BiliBiliDownloader downloader = new BiliBiliDownloader();
    public byte[] download(String filePath) throws InterruptedException {
        if (map.containsKey(filePath)) {
            System.out.printf("正在下载BiliBili文件：%s%n", filePath);
            return map.get(filePath);
        }
        byte[] res = downloader.download(filePath);
        map.put(filePath, res);
        return res;
    }
}

public class YoutubeDownloader implements Downloader {
    public byte[] download(String filePath) throws InterruptedException {
        System.out.printf("正在下载Youtube文件：%s%n", filePath);
        // 模拟文件下载，睡个10秒
        Thread.sleep(10000);
        return new byte[1024]; // 假装是下载文件的字节数组
    }
}

public class ProxyYoutubeDownloader implements Downloader {
    private static Map<String, byte[]> map = new HashMap<>();
    private BiliBiliDownloader downloader = new BiliBiliDownloader();
    public byte[] download(String filePath) throws InterruptedException {
        if (map.containsKey(filePath)) {
            System.out.printf("正在下载Youtube文件：%s%n", filePath);
            return map.get(filePath);
        }
        byte[] res = downloader.download(filePath);
        map.put(filePath, res);
        return res;
    }
}

在客户端调用时，引入Java反射，通过反射创建具体的代理对象。
在config.prop文件中定义PROXY_NAME变量并指定需要反射创建的类的完整路径。

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Properties prop = new Properties();
        prop.load(new FileReader("src/resource/props/config.prop"));
        Downloader downloader = (Downloader) Class.forName(prop.getProperty("PROXY_NAME"))
                .getDeclaredConstructor().newInstance();
        downloader.download("/root/home/buzuweiqi/java_manual.txt");
        downloader = new ProxyYoutubeDownloader();
        downloader.download("/root/home/buzuweiqi/linux_manual.txt");
    }
}

通过Java反射机制，应对每次的需求变更，甚至都不需要修改客户端代码，只需要修改案例中的config.prop即可。减少了不必要的代码修改，提高了系统的可维护性。

总结

优点

• 代理类与目标类的使用方式一致，这极大的降低了客户端调用的学习成本，易用性高。

• 面向接口，无需在意实现的细节。

缺点

• 类的数量倍增，系统复杂度增加。

适用场景

• 当需要对于模块拓展，但又不方便打破客户端原有的调用规则时。客户端中对象的创建依旧需要修改，这没有什么好的办法。
• 常用的代理模式使用方案
  • 缓冲代理(案例)
  • 远程代理
  • 虚拟代理

除此之外还有很多应用场景，代理模式是设计模式中使用非常广泛的一种。