设计模式（十三）结构型：代理模式详解
代理模式（Proxy Pattern）是 GoF 23 种设计模式中的结构型模式之一，其核心价值在于为其他对象提供一种间接访问的机制，以控制对原始对象的访问。它通过引入一个“代理”对象，作为客户端与真实对象之间的中介，从而在不改变原始接口的前提下，实现访问控制、延迟初始化、日志记录、权限校验、缓存、远程通信等附加功能。代理模式是实现“开闭原则”和“单一职责原则”的重要手段，广泛应用于远程服务调用（RMI、Web Service）、虚拟代理（延迟加载）、保护代理（权限控制）、智能引用（资源管理）等场景，是构建安全、高效、可维护系统的关键架构模式。
一、详细介绍
代理模式解决的是“直接访问目标对象存在限制或需要增强控制”的问题。在某些情况下，客户端不能或不应直接访问真实对象，例如：
- 对象创建代价高昂（如大型图像、数据库连接），需延迟加载；
- 对象位于远程主机，需通过网络访问；
- 对象涉及敏感操作，需进行权限验证；
- 需要监控对象的访问行为（如调用次数、执行时间）。
代理模式通过一个与真实对象具有相同接口的代理对象，拦截所有对真实对象的请求，并在转发前或后执行额外逻辑。客户端通过代理与真实对象交互，整个过程对客户端透明。
该模式包含以下核心角色：
- Subject（抽象主题）：定义真实对象和代理对象的公共接口，客户端通过该接口访问目标。可以是接口或抽象类。
- RealSubject（真实主题）：实现
Subject接口，是代理所代表的真实对象，包含核心业务逻辑。 - Proxy（代理类）：实现
Subject接口，持有对RealSubject的引用。它控制对真实对象的访问，可在调用前后执行额外操作（如检查权限、缓存结果、记录日志）。
根据使用目的不同，代理模式可分为多种类型：
- 远程代理（Remote Proxy）：为位于不同地址空间的对象提供本地代表，隐藏网络通信细节（如 RMI、gRPC Stub）。
- 虚拟代理（Virtual Proxy）：延迟创建开销大的对象，直到真正需要时才初始化（如图片懒加载）。
- 保护代理（Protection Proxy）：控制对对象的访问权限，根据角色决定是否允许操作（如管理员 vs 普通用户）。
- 智能引用（Smart Reference）：在访问对象时执行额外操作，如引用计数、空指针检查、缓存结果。
- 缓存代理（Caching Proxy）：缓存真实对象的操作结果，提高性能，避免重复计算或远程调用。
代理模式的关键优势：
- 增强控制：可在访问前后插入逻辑，实现横切关注点。
- 解耦客户端与真实对象：客户端不依赖具体实现，便于替换或扩展。
- 提高安全性：通过保护代理实现权限隔离。
- 优化性能：通过虚拟代理延迟加载，缓存代理减少重复操作。
与“装饰器模式”相比，代理关注访问控制，装饰器关注功能增强；代理通常不改变对象行为本质，而是控制何时、如何访问；装饰器则明确添加新功能。与“外观模式”相比，代理封装的是单个对象的访问，外观封装的是多个子系统的协作。
二、代理模式的UML表示
以下是代理模式的标准 UML 类图：
图解说明：
Subject是统一接口，客户端通过它与真实对象或代理交互。RealSubject是真实业务对象。Proxy持有RealSubject引用，在request()中可调用preRequest()和postRequest()执行额外逻辑。- 客户端通过
Subject接口调用，无法区分是代理还是真实对象。
三、一个简单的Java程序实例及其UML图
以下是一个文档管理系统中“受保护的文件访问”示例，展示如何使用保护代理控制对敏感文件的访问。
Java 程序实例
// 抽象主题：文件访问接口
interface Document {void open();void edit();
}// 真实主题：实际文档对象
class RealDocument implements Document {private String fileName;public RealDocument(String fileName) {this.fileName = fileName;loadFromDisk(); // 模拟耗时操作}private void loadFromDisk() {System.out.println("📄 正在从磁盘加载文档: " + fileName);try {Thread.sleep(1000); // 模拟加载延迟} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}System.out.println("✅ 文档 " + fileName + " 加载完成");}@Overridepublic void open() {System.out.println("🔓 打开文档: " + fileName);}@Overridepublic void edit() {System.out.println("✍️ 编辑文档: " + fileName);}
}// 代理类：保护代理，控制文档访问权限
class ProtectedDocumentProxy implements Document {private String fileName;private RealDocument realDocument; // 延迟初始化private String currentUser;private boolean isAdmin;public ProtectedDocumentProxy(String fileName, String currentUser, boolean isAdmin) {this.fileName = fileName;this.currentUser = currentUser;this.isAdmin = isAdmin;}@Overridepublic void open() {if (canAccess()) {// 虚拟代理：延迟加载真实对象if (realDocument == null) {realDocument = new RealDocument(fileName);}logAccess("open");realDocument.open();} else {System.out.println("❌ 用户 " + currentUser + " 无权打开文档: " + fileName);}}@Overridepublic void edit() {if (canModify()) {if (realDocument == null) {realDocument = new RealDocument(fileName);}logAccess("edit");realDocument.edit();} else {System.out.println("❌ 用户 " + currentUser + " 无权编辑文档: " + fileName);}}// 权限检查：读取权限private boolean canAccess() {return isAdmin || currentUser.equals("owner");}// 权限检查：修改权限private boolean canModify() {return isAdmin; // 只有管理员可编辑}// 访问日志private void logAccess(String operation) {System.out.println("📝 日志: 用户 [" + currentUser + "] 执行 [" + operation + "] 操作 on " + fileName);}
}// 客户端使用示例
public class ProxyPatternDemo {public static void main(String[] args) {System.out.println("🔐 文档管理系统 - 保护代理示例\n");// 创建代理对象（不立即加载真实文档）Document doc = new ProtectedDocumentProxy("财务报告.docx", "alice", false);// 普通用户尝试打开文档System.out.println("👉 用户 alice (普通用户) 尝试打开文档:");doc.open(); // 允许打开System.out.println("\n👉 用户 alice 尝试编辑文档:");doc.edit(); // 拒绝编辑System.out.println("\n" + "=".repeat(50) + "\n");// 管理员访问Document adminDoc = new ProtectedDocumentProxy("财务报告.docx", "admin", true);System.out.println("👉 用户 admin (管理员) 尝试打开并编辑文档:");adminDoc.open();adminDoc.edit();System.out.println("\n💡 说明：真实文档仅在首次访问时加载，且权限由代理控制。");}
}
实例对应的UML图（简化版）
运行说明：
ProtectedDocumentProxy实现了Document接口，持有文件名和用户信息。- 真实文档
RealDocument在首次open()或edit()时才创建（虚拟代理特性）。 - 代理在调用前检查权限（保护代理），并记录访问日志（智能引用）。
- 客户端通过统一接口操作，无法感知代理的存在。
四、总结
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 核心目的 | 控制对对象的访问，增强安全性与灵活性 |
| 实现机制 | 实现相同接口，持有真实对象引用，拦截并转发请求 |
| 优点 | 访问控制、延迟加载、日志监控、远程透明化、解耦客户端 |
| 缺点 | 增加系统复杂性、可能引入性能开销（间接调用）、需维护代理逻辑 |
| 适用场景 | 权限控制、远程服务、延迟初始化、缓存、资源管理、AOP |
| 不适用场景 | 对象简单、无需控制、性能极度敏感 |
代理模式使用建议：
- 代理类应尽量轻量，避免成为性能瓶颈。
- 可结合工厂模式或依赖注入创建代理。
- 在 Java 中，动态代理（
java.lang.reflect.Proxy）可减少静态代理的类膨胀问题。 - Spring AOP 的
JDK Dynamic Proxy和CGLIB是代理模式的高级应用。
架构师洞见：
代理模式是“间接性”与“控制力”的完美结合。在现代架构中，其思想已渗透到微服务治理、API 网关、服务网格（Istio/Linkerd） 和AOP（面向切面编程） 的核心。例如，在服务网格中，Sidecar 代理拦截所有进出服务的流量，实现熔断、限流、加密；在 Spring 框架中，@Transactional注解通过代理实现声明式事务管理；在前端，Proxy 对象用于实现响应式数据监听（如 Vue 3）。未来趋势是：代理模式将与AI 安全网关结合，智能代理可动态分析请求内容并决定是否放行；在边缘计算中，设备代理将统一管理异构设备的通信协议；在元编程和运行时增强中，代理将成为实现热更新、动态配置的核心机制。
掌握代理模式，有助于设计出安全、可控、可监控的系统。作为架构师，应在系统边界、服务入口、资源访问点主动引入代理层，将“控制逻辑”与“业务逻辑”分离。代理不仅是模式，更是系统治理的哲学——它告诉我们：真正的掌控力，来自于对“访问路径”的精心设计与智能干预。
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