22.代理模式：思考與解讀

news 來源：原創 2025/6/14 16:42:20

原文地址:代理模式：思考與解讀? 更多內容請關注：深入思考與解讀設計模式

引言

在軟件開發中，尤其是當對象的訪問需要控制時，你是否遇到過這樣的問題：某些操作或對象可能需要進行額外的檢查、優化或延遲加載，或者你希望控制客戶端如何訪問一個資源？如果我們有一種方式，可以讓客戶端通過另一個對象來間接訪問原始對象，從而控制這個訪問過程，這樣的設計是否能提高系統的靈活性和安全性？

代理模式正是為了解決這個問題而設計的。它通過創建一個代理對象，控制客戶端對目標對象的訪問。你是否理解，為什么通過代理對象可以將訪問控制和目標對象的具體實現分離，從而使得系統更具擴展性和可維護性？

在本文中，我們將通過一系列問題，逐步引導你理解代理模式的核心思想、應用場景以及如何實現它。

什么是代理模式？

問題1：你是否曾經需要控制客戶端對某個對象的訪問？例如，是否希望對某些方法進行權限檢查，或者在某些情況下延遲加載對象？

假設你有一個對象，它非常耗時或者非常重要，且你希望控制哪些客戶端可以訪問它，或者在某些時候才創建它。你通常如何實現這樣的控制？

問題2：如果可以通過一個代理對象來控制對目標對象的訪問，是否能夠在不修改目標對象的情況下，增加額外的行為或控制？

代理模式通過引入一個代理對象來控制對目標對象的訪問。你是否理解，為什么這種設計方式可以在不改變目標對象的情況下，靈活地為其增加控制行為？

代理模式的核心概念

問題3：代理模式通常包含哪些角色？每個角色的職責是什么？

代理模式通常包含以下幾個核心角色：

主題接口（Subject）：定義了目標對象和代理對象共同遵循的接口，通常包含一個request()方法。
真實主題（RealSubject）：實現了Subject接口，執行實際的操作。
代理（Proxy）：也實現了Subject接口，控制對RealSubject的訪問，可能會增加額外的行為或控制請求。
客戶端（Client）：通過代理對象訪問目標對象。

你能理解這些角色是如何協同工作，確保代理對象可以控制對真實對象的訪問，并在訪問過程中加入額外的功能嗎？

問題4：為什么要通過代理對象來控制對真實對象的訪問？這種設計如何將訪問控制與真實對象的實現解耦？

代理對象負責管理對真實對象的訪問，能夠在不修改真實對象的情況下，為其增加行為。你是否理解，這種解耦如何使得系統更加靈活，且易于擴展？

問題5：代理模式如何通過延遲加載、權限控制或其他方式增加額外的功能？代理對象是如何決定是否將請求轉發給真實對象的？

代理對象可以在轉發請求之前執行額外的操作（如權限檢查、延遲加載等）。你能理解，為什么這種方式能夠幫助我們靈活地控制對象的行為，而不需要改變目標對象本身？

代理模式的實現

假設你正在開發一個系統，其中有一個圖片加載模塊，這個模塊加載圖片非常耗時。你希望通過代理模式來延遲加載圖片，直到真正需要它的時候。

步驟1：定義主題接口

from abc import ABC, abstractmethodclass Image(ABC):@abstractmethoddef display(self):pass

問題6：為什么我們需要定義一個主題接口（`Image`）？它的作用是什么？

Image接口定義了目標對象和代理對象共同遵循的接口。通過接口，我們可以確保代理對象和真實對象都具備相同的方法，使得客戶端代碼能夠通過統一的接口來訪問目標對象。你能理解，為什么這種設計讓代理對象能夠透明地控制對目標對象的訪問？

步驟2：定義真實主題類（真實對象）

class RealImage(Image):def __init__(self, filename: str):self.filename = filenameself.load_image()def load_image(self):print(f"Loading image: {self.filename}")def display(self):print(f"Displaying image: {self.filename}")

問題7：`RealImage`類是如何實現`Image`接口的？它的`display()`方法和`load_image()`方法有什么作用？

RealImage類實現了Image接口，并在load_image()方法中加載圖片，display()方法中展示圖片。你是否理解，為什么RealImage負責實際的加載和展示操作，而代理對象則不直接參與這些操作？

步驟3：定義代理類（Proxy）

class ProxyImage(Image):def __init__(self, filename: str):self.filename = filenameself.real_image = Nonedef display(self):if not self.real_image:self.real_image = RealImage(self.filename)self.real_image.display()

問題8：`ProxyImage`類是如何控制對`RealImage`的訪問的？為什么它需要延遲加載`RealImage`對象？

ProxyImage類通過display()方法來延遲加載RealImage對象。只有在第一次請求顯示圖片時，代理對象才會創建RealImage對象并加載圖片。你是否理解，為什么這種延遲加載能夠節省資源，且提高系統性能？

步驟4：客戶端代碼

def main():image1 = ProxyImage("image1.jpg")image2 = ProxyImage("image2.jpg")# 第一次訪問時，代理對象會加載圖片image1.display()  # Loading image: image1.jpg# Displaying image: image1.jpg# 第二次訪問時，代理對象不會再次加載圖片image1.display()  # Displaying image: image1.jpg# 延遲加載另一個圖片image2.display()  # Loading image: image2.jpg# Displaying image: image2.jpgif __name__ == "__main__":main()

問題9：在客戶端代碼中，如何通過代理對象來訪問真實對象？代理對象如何管理真實對象的加載和顯示？

客戶端通過代理對象訪問圖片，而不直接操作RealImage對象。代理對象會在第一次訪問時加載圖片，并在后續訪問中直接展示圖片。你是否理解，為什么代理對象能夠有效控制圖片的加載過程，并在客戶端與真實對象之間起到中介作用？

代理模式的優缺點

問題10：代理模式的優點是什么？它如何幫助我們控制對真實對象的訪問，并增加額外的行為？

代理模式通過在客戶端和真實對象之間插入代理層，使得我們能夠靈活地控制對真實對象的訪問。你是否理解，為什么通過代理可以添加權限控制、延遲加載等行為，而不需要修改真實對象的實現？

問題11：代理模式的缺點是什么？它是否可能增加系統的復雜性，尤其是在代理層過多的情況下？

代理模式引入了額外的代理層，可能會導致系統的復雜性增加。你是否認為，當代理層過多時，可能會使系統變得更加難以理解和維護？如何避免過度使用代理模式？

適用場景

問題12：代理模式適用于哪些場景？

代理模式特別適用于以下場景：

當需要控制對對象的訪問時，例如，延遲加載、緩存控制等。
當需要在不修改目標對象的情況下，增加訪問控制邏輯時，例如，安全檢查、權限控制等。
當對象的創建代價高昂，且我們希望延遲對象的創建時。

你能想到其他適用場景嗎？例如，數據庫連接池、網絡請求代理等，是否也可以使用代理模式？

問題13：代理模式是否適用于所有場景？在某些情況下，是否有更合適的設計模式來替代代理模式？

雖然代理模式能夠很好地控制訪問，但在某些場景中，是否可以通過其他簡單的設計模式（如裝飾者模式、策略模式）來達到類似的效果？你是否認為，代理模式的引入可能會使得系統過于復雜，尤其是代理對象過多時？

接下來，我們將通過具體的代碼示例來加深理解代理模式。

代理模式深入解讀

一、引言

代理模式（Proxy Pattern）是一種結構型設計模式，它通過為另一個對象提供一個代理對象來控制對該對象的訪問。代理模式的核心思想是通過代理對象來間接訪問目標對象，以便可以在訪問目標對象時進行一些額外的操作，比如延遲加載、權限檢查、日志記錄等。

二、簡單理解：什么是代理模式？

1. 什么是代理模式？

代理模式的核心思想是：為目標對象提供一個代理對象，客戶端通過代理對象訪問目標對象。代理對象可以在請求目標對象之前或之后執行一些額外的操作，比如權限檢查、日志記錄、延遲加載等。代理模式通常用于控制對目標對象的訪問。

通俗地講，代理模式就像是你通過助手來與一個專家進行溝通。你不直接聯系專家，而是通過助手。助手可以幫你安排與專家的會面、傳達信息，甚至在你不方便的時候代替你進行某些操作。

2. 代理模式的組成部分

代理模式通常包含以下幾個部分：

主題接口（Subject）：定義了目標對象和代理對象的共同接口，客戶端通過這個接口與目標對象或代理對象進行交互。
真實主題（RealSubject）：實現了主題接口，包含具體的業務邏輯，是目標對象。
代理對象（Proxy）：實現了主題接口，控制對真實主題的訪問，并在必要時對請求進行處理。
客戶端（Client）：通過代理對象與目標對象進行交互。

三、用自己的話解釋：如何理解代理模式？

1. 類比實際生活中的場景

假設你想咨詢一個專家，但專家非常忙，不能直接見每一個人。這時，你可以通過他的秘書（代理對象）來安排會面。秘書會幫你篩選有價值的咨詢請求，確保你不會浪費專家的時間。如果秘書認為某個請求不重要，可能會拒絕這個請求；如果請求有價值，秘書會將你引薦給專家（真實主題）。

在編程中，代理模式通過創建代理對象，控制對目標對象的訪問。代理對象可以執行額外的操作（如延遲加載、權限檢查等），讓客戶端和目標對象的交互變得更加靈活和高效。

2. 為什么要使用代理模式？

使用代理模式的好處是，它能讓我們控制對目標對象的訪問。通過代理對象，我們可以在請求前或請求后做一些處理，如權限控制、延遲加載、緩存管理等。代理模式不僅能簡化客戶端代碼，還能提高系統的性能和安全性。

四、深入理解：代理模式的實現

接下來，我們通過一個具體的代碼示例來實現代理模式，幫助你更好地理解如何在代碼中使用這個模式。

示例：圖片顯示系統

假設我們有一個圖片顯示系統，其中圖片對象加載需要時間。如果我們每次都直接加載圖片，會浪費很多時間和資源。為了提高效率，我們可以使用代理模式，讓代理對象在首次加載圖片時進行延遲加載（即只在需要時加載圖片），而之后就直接使用已經加載的圖片。

1. 定義主題接口

# 主題接口：定義目標對象和代理對象的公共接口
class Image:def display(self):pass

2. 定義真實主題類：圖片

# 真實主題類：圖片
class RealImage(Image):def __init__(self, filename: str):self.filename = filenameself.load_image()def load_image(self):print(f"Loading image from {self.filename}...")def display(self):print(f"Displaying image: {self.filename}")

3. 定義代理類：圖片代理

# 代理類：圖片代理
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)  # 延遲加載圖片self.real_image.display()  # 使用真實主題類的方法來顯示圖片

4. 客戶端代碼：使用代理加載和顯示圖片

# 客戶端代碼：通過代理對象加載和顯示圖片
proxy_image1 = ProxyImage("image1.jpg")
proxy_image2 = ProxyImage("image2.jpg")# 第一次顯示時，代理會加載圖片
proxy_image1.display()  # 輸出：Loading image from image1.jpg... Displaying image: image1.jpg
proxy_image2.display()  # 輸出：Loading image from image2.jpg... Displaying image: image2.jpg# 第二次顯示時，代理直接顯示已加載的圖片
proxy_image1.display()  # 輸出：Displaying image: image1.jpg
proxy_image2.display()  # 輸出：Displaying image: image2.jpg

代碼解析：

Image?類：這是主題接口，定義了目標對象和代理對象的公共方法。display()?方法用于顯示圖片。
RealImage?類：這是真實主題類，表示圖片對象。它實現了?Image?接口，并提供了加載和顯示圖片的方法。加載圖片的操作是比較耗時的，通常在首次請求時執行。
ProxyImage?類：這是代理類，延遲加載圖片。它也實現了?Image?接口，但在首次調用?display()?方法時，代理會先創建?RealImage?對象并加載圖片。之后，它會直接調用?RealImage?的?display()?方法來顯示圖片。
客戶端代碼：客戶端通過代理對象來加載和顯示圖片，代理對象確保只有在需要時才會加載真實圖片，而后續的顯示操作直接通過代理對象完成。