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Java代理機製

1 引言

我們書寫執行一個功能的函數時,經常需要在其中寫入與功能不是直接相關但很有必要的代 碼,如日誌記錄,信息發送,安全和事務支持等,這些枝節性代碼雖然是必要的,但它會帶 來以下麻煩:

  1. 枝節性代碼遊離在功能性代碼之外,它下是函數的目的,這是對OO是一種破壞
  2. 枝節性代碼會造成功能性代碼對其它類的依賴,加深類之間的耦合,而這是OO係統所竭 力避免的
  3. 枝節性代碼帶來的耦合度會造成功能性代碼移植困難,可重用性降低
  4. 從法理上說,枝節性代碼應該`監視'著功能性代碼,然後采取行動,而不是功能性代碼 `通知'枝節性代碼采取行動,這好比吟遊詩人應該是主動記錄騎士的功績而不是騎士主 動要求詩人記錄自己的功績

2 常見的代理

毫無疑問,枝節性代碼和功能性代碼需要分開來才能降低耦合程度,符合現代OO係統的要 求,我們可以使用代理模式完成這個要求。

代理模式的作用是:為其它對象提供一種代理以控製對這個對象的訪問。在某些情況下,一 個客戶不想直接引用另一個對象,而代理對象可以在客戶端和目標對象之間起到中介作用。 代理模式一般涉及到三個角色:

  1. 抽象角色:聲明真實對象和代理對象的共同接口
  2. 代理角色:代理對象內部包含有真實角色的引用,從而可以操作真實角色,同時代理對象 與真實對象有相同的接口,能在任何時候代替真實對象,同時代理對象可以在執行真實對 象前後加入特定的邏輯以實現功能的擴展。
  3. 真實角色:代理角色所代表的真實對象,是我們最終要引用的對象

常見的代理有:

  1. 遠程代理(Remote Proxy):對一個位於不同的地址空間對象提供一個局域代表對象,如RMI中的stub
  2. 虛擬代理(Virtual Proxy):根據需要將一個資源消耗很大或者比較複雜的對象,延遲加 載,在真正需要的時候才創建
  3. 保護代理(Protect or Access Proxy):控製對一個對象的訪問權限。
  4. 智能引用(Smart Reference Proxy):提供比目標對象額外的服務和功能。

通過代理類這一中間層,能夠有效控製對實際委托類對象的直接訪問,也可以很好地隱藏和 保護實際對象,實施不同的控製策略,從而在設計上獲得了更大的靈活性。

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3 代理模式UML圖

代理是一種常用的設計模式,其目的就是為其他對象提供一個代理以控製對某個對象的訪問。 代理類負責為委托類預處理消息,過濾消息並轉發消息,以及進行消息被委托類執行後的後 續處理。

latex-table

4 代理模式實例

以下以《Java與模式》中的示例為例:

// 抽象角色:
abstract public class Subject {
    abstract public void  request();
}

// 真實角色:實現了Subject的request()方法
public class  RealSubject  extends  Subject  {
  public  RealSubject()  { }

  public void  request()  {
     System.out.println( " From real subject. " );
    }
}

// 代理角色:
public class  ProxySubject  extends  Subject  {
  // 以真實角色作為代理角色的屬性
  private  Subject realSubject;

  public  ProxySubject(Subject realSubject)  {this.realSubject = realSubject }

  // 該方法封裝了真實對象的request方法
  public void  request()  {
     preRequest();
     realSubject.request();  // 此處執行真實對象的request方法
     postRequest();
  }
  ...
}

// 客戶端調用:
RealSubject real = new RealSubject();
Subject sub = new  ProxySubject(real);
Sub.request();

由以上代碼可以看出,客戶實際需要調用的是RealSubject類的request()方法,現在用 ProxySubject來代理 RealSubject類,同樣達到目的,同時還封裝了其他方法 (preRequest(),postRequest()),可以處理一些其他問題。

另外,如果要按照上述的方法使用代理模式,那麼真實角色必須是事先已經存在的,並將其 作為代理對象的內部屬性。但是實際使用時,如果某一個代理要應用於-批真實角色,毎個 真實對象必須對應一個代理角色,如果大量使用會導致類的急劇膨脹;此外,如果事先並不 知道真實角色,該如何使用編寫代理類呢?這個問題可以通過java的動態代理類來解決。

5 java動態代理

所謂Dynamic Proxy是這樣一種class:它是在運行時生成的class,在生成它時你必須提供一 組interface給它,然後該class就宣稱它實現了這些 interface。你當然可以把該class的實 例當作這些interface中的任何一個來用。當然啦,這個Dynamic Proxy其實就是一個Proxy, 它不會替你作實質性的工作,在生成它的實例時你必須提供一個handler,由它接管實際的工 作。

5.1 java動態代理UML圖

latex-table

java動態代理類位於java.lang.reflect包下,一般主要涉及到以下兩個類:

  1. Interface InvocationHandler:該接口中僅定義了一個方法Object:invoke(Object obj,Method method, Object[] args)。在實際使用時,第一個參數obj一般是指代理 類,method是被代理的方法,如上例中的request(),args為該方法的參數數組。 這個抽 象方法在代理類中動態實現。
  2. Proxy:該類即為動態代理類,作用類似於上例中的ProxySubject。
  3. Protected Proxy(InvocationHandler h):構造函數,估計用於給內部的h賦值。
  4. Static Class getProxyClass (ClassLoader loader, Class[] interfaces):獲得一個 代理類,其中loader是類裝載器,interfaces是真實類所擁有的全部接口的數組。
  5. Static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces, InvocationHandler h):返回代理類的一個實例,返回後的代理類可以當作被代理類使用 (可使用被代理類的在Subject接口中聲明過的方法)。

在使用動態代理類時,我們必須實現InvocationHandler接口,以第一節中的示例為例:

// 抽象角色(之前是抽象類,此處應改為接口):
public  interface Subject {
  abstract  public  void request();
}

// 具體角色RealSubject:
public  class RealSubject implements Subject {
  public RealSubject() {}

  public  void request() {
    System.out.println( " From real subject. " );
 }

}

// 代理處理器:
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;

public  class DynamicSubject implements InvocationHandler {
  private Object sub;
  public DynamicSubject() {}

  public DynamicSubject(Object obj) {
    sub = obj;
  }

  public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
    System.out.println( " before calling "  + method);
    method.invoke(sub,args);

    System.out.println( " after calling "  + method);
    return  null ;
  }
}

該代理類的內部屬性為Object類,實際使用時通過該類的構造函數DynamicSubject(Object obj)對其賦值;此外,在該類還實現了invoke方法,該方法中的

method.invoke(sub,args);

其實就是調用被代理對象的將要被執行的方法,方法參數sub是實際的被代理對象,args為執 行被代理對象相應操作所需的參數。通過動態代理類,我們可以在調用之前或之後執行一些 相關操作。

// 客戶端:
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Method;

public class Client {

  static public void main(String[] args) throws Throwable {
   RealSubject rs = new RealSubject(); // 在這裏指定被代理類
   InvocationHandler ds = new DynamicSubject(rs);
   Class cls = rs.getClass();

   // 以下是一次性生成代理
   Subject subject = (Subject) Proxy.newProxyInstance(cls.getClassLoader(), cls.getInterfaces(),ds );
   subject.request();
  }
}

// 程序運行結果:
before calling public abstract void Subject.request()
From real subject.
after calling public abstract void Subject.request()

通過這種方式,被代理的對象(RealSubject)可以在運行時動態改變,需要控製的接口 (Subject接口)可以在運行時改變,控製的方式(DynamicSubject類)也可以動態改變,從而實 現了非常靈活的動態代理關係。

6 代理模式與裝飾者模式的區別

代理模式和裝飾者模式很像,在典型的例子上,如spring的AOP、遠程代理類、JDK的proxy, 都是代理模式。JDK裏的輸入/輸出器是很典型的裝飾器模式!但在有些場景上,對設計模式 入門的新手,還是有點難區分,UML類圖基本沒區別,都是實現同一個接口,一個類包裝另一 個類。 兩者的定義:

  • 裝飾器模式:能動態的新增或組合對象的行為
  • 代理模式:為其他對象提供一種代理以控製對這個對象的訪問

裝飾模式是“新增行為”,而代理模式是“控製訪問”。關鍵就是我們如何判斷是“新增行 為”還是“控製訪問”。你在一個地方寫裝飾,大家就知道這是在增加功能,你寫代理,大 家就知道是在限製。

6.1 裝飾者模式UML圖

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其中類的職責如下:

  1. 抽象構件角色(Project):給出一個接口,以規範準備接收附加責任的對象
  2. 具體構件角色(Employe):定義一個將要接收附加責任的類
  3. 裝飾角色(Manager):持有一個構件對象的實例,並定義一個與抽象構件接口一致的接口
  4. 具體裝飾角色(ManagerA、ManagerB):負責給構件對象“貼上”附加的責任

6.2 形象說明

代理模式:在不改變接口的前提下,控製對象的訪問

例子:孫悟空扮演並代替高家三小姐

孫悟空扮演高家三小姐,所以可以說孫悟空與高家三小姐具有共同的接口。如果豬八戒隻想 見見高家三小姐的嬌好麵容,或者談談天說說地,那麼高家三小姐的“代理”孫悟空是允許 的,但豬八戒想親親嘴,那麼是不行的。這是保護代理模式的應用。隻有代理對象認為合適 時,才會將客戶端的請求傳遞給真實主題對象。

裝飾模式:在不改變接口的前提下,動態擴展對象的功能

孫悟空有七十二般變化,在二郎神眼裏,他永遠是那隻猢猻。裝飾模式以對客戶透明的方式 動態地給一個對象附加上更多的責任。換言之,客戶端並不會覺得對象在裝飾前和裝飾後有 什麼不同。裝飾模式可以在不使用創造更多子類的情況下,將對象的功能加以擴展。他的每 一種變化都給他帶來一種附加的本領。他變成魚兒時,就可以到水裏遊泳;他變成雀兒時, 就可以在天上飛行。而不管悟空怎麼變化,在二郎神眼裏,他永遠是那隻猢猻。裝飾模式以 對客戶透明的方式動態地給一個對象附加上更多的責任。換言之,客戶端並不會覺得對象在 裝飾前和裝飾後有什麼不同。裝飾模式可以在不使用創造更多子類的情況下,將對象的功能 加以擴展。

最後更新:2017-04-24 21:32:59

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