Java代理模式之静态代理与动态代理的区别及优缺点

1. 代理模式的定义

代理模式(Proxy Pattern)是指通过代理对象控制对目标对象的访问，并在不改变目标对象的情况下添加额外的功能或控制访问。代理对象和目标对象实现相同的接口，使得客户端可以通过代理对象间接地访问目标对象。

代理模式属于结构型设计模式，它在系统中引入了一个代理对象，该对象代替了客户端直接访问目标对象，从而可以在目标对象的基础上增加一些额外的功能或控制访问。

2. 代理模式的原理

代理模式的核心思想是引入一个代理对象来控制对目标对象的访问。代理对象和目标对象实现相同的接口，使得客户端可以通过代理对象间接地访问目标对象。代理对象负责处理客户端的请求，并在必要时将请求转发给目标对象。在这个过程中，代理对象可以添加额外的逻辑，如权限检查、缓存、日志记录等。

代理模式的主要角色有：

• 抽象主题（Subject）：定义了代理对象和目标对象的共同接口，在Java中通常是一个接口或抽象类。
• 目标对象（RealSubject）：定义了代理对象所代表的真实对象，是业务逻辑的具体执行者。
• 代理对象（Proxy）：持有对目标对象的引用，并实现了与目标对象相同的接口，在方法调用前后进行额外操作。

代理模式的工作流程如下：

• 客户端向代理对象发送请求。
• 代理对象收到请求后，可以在请求被转发给目标对象之前或之后执行一些额外的逻辑。
• 代理对象将请求转发给目标对象。
• 目标对象执行具体的业务逻辑并返回结果。
• 代理对象可以在目标对象返回结果之前或之后执行一些额外的操作。
• 代理对象将结果返回给客户端。

通过引入代理对象，代理模式可以控制对目标对象的访问，并在不改变目标对象的情况下添加额外的功能或控制访问。

3. 代理模式的实现方式

在Java中，代理模式主要有两种实现方式：静态代理和动态代理。

3.1 静态代理

静态代理是指在编译时就已经确定了代理对象和目标对象的关系，代理类是通过手动编写代码来实现的。在静态代理中，代理类和目标类都实现相同的接口，代理类持有目标对象，并在方法调用前后进行额外的操作。

静态代理的工作原理如下：

• 定义一个接口（或抽象类）作为目标接口，目标对象实现这个接口。
• 创建一个代理类，实现目标接口，并持有目标对象的引用。
• 在代理类中重写目标接口的方法，在方法调用前后执行需要的额外操作。
• 客户端使用代理对象来访问目标对象。

静态代理的特点：

• 需要手动编写代理类，工作量较大。
• 目标对象必须实现接口。
• 代理类和目标类的关系在编译时就确定了，无法动态改变。

静态代理的应用场景：

• 安全控制：代理类可以在调用目标方法前进行权限检查等安全控制。
• 远程调用：代理类可以封装网络通信相关的细节，使得调用远程方法就像调用本地方法一样简单。
• 性能监控：代理类可以收集方法的执行时间、调用次数等信息，用于性能监控和统计分析。

下面是一个简单的静态代理的示例代码：

// 定义接口
public interface Image {
    void display();
}
// 目标类
public class RealImage implements Image {
    private String filename;
    public RealImage(String filename) {
        this.filename = filename;
        loadFromDisk();
    }
    private void loadFromDisk() {
        System.out.println("Loading image: " + filename);
    }
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Displaying image: " + filename);
    }
}
// 代理类
public class ImageProxy implements Image {
    private String filename;
    private RealImage realImage;
    public ImageProxy(String filename) {
        this.filename = filename;
    }
    @Override
    public void display() {
        if (realImage == null) {
            realImage = new RealImage(filename);
        }
        realImage.display();
    }
}
// 测试类
public class ProxyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用代理对象显示图片
        Image image = new ImageProxy("test.jpg");
        image.display();
        // 图片已加载，直接显示，无需重新加载
        image.display();
    }
}

在上面的示例中，Image 是一个接口，RealImage 是目标类，负责加载和显示图片。ImageProxy 是代理类，通过持有目标类的引用，在需要时创建并使用目标类。ProxyPatternDemo 是一个测试类，用于演示静态代理的使用。

在测试类中，首先创建一个代理对象 ImageProxy，并调用 display() 方法显示图片。代理对象会在第一次调用 display() 方法时，创建真实对象 RealImage 并调用其 display() 方法加载和显示图片。在后续调用 display() 方法时，代理对象直接调用真实对象的 display() 方法，无需重新加载图片。

静态代理的缺点是需要手动编写代理类，工作量较大。如果接口中的方法较多或频繁变动，就需要频繁修改代理类的代码，增加了维护的难度。此外，静态代理的代理类和目标类之间存在紧耦合关系，一旦目标类发生变化，代理类也需要相应修改。

为了解决静态代理的缺点，Java还提供了动态代理机制。

3.2 动态代理

动态代理是指在运行时生成代理对象，而无需手动编写代理类。Java的动态代理机制是基于反射实现的，通过使用java.lang.reflect.Proxy类和java.lang.reflect.InvocationHandler接口来实现动态代理。

在动态代理中，代理类的创建和方法调用都是在运行时完成的。代理对象是在内存中动态创建的，并实现了目标对象的接口，同时持有目标对象的引用。在方法调用时，代理对象通过调用InvocationHandler接口中的方法来处理请求，可以在方法调用前后执行额外的操作。

动态代理的工作原理如下：

• 定义一个接口，作为目标接口。
• 创建一个InvocationHandler接口的实现类，该类负责处理方法调用并执行额外的操作。
• 使用Proxy类的静态方法newProxyInstance()生成代理对象，同时指定目标对象和InvocationHandler。
• 客户端使用代理对象来访问目标对象的方法。

动态代理的特点：

• 不需要手动编写代理类，代理对象在运行时动态生成。
• 目标对象可以不实现接口，只需定义目标对象的共同接口。
• 代理对象和目标对象的关系在运行时确定，可以动态改变。

动态代理的应用场景：

• AOP（面向切面编程）：动态代理可以在目标方法执行前后执行额外的操作，如权限检查、事务管理等。它是实现AOP的一种常见方式。
• 延迟加载：动态代理可以在目标方法被调用时才进行加载和初始化，实现延迟加载的效果。
• 日志记录：动态代理可以在目标方法执行前后记录日志信息。

下面是一个简单的动态代理的示例代码：

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
// 定义接口
interface Image {
    void display();
}
// 目标类
class RealImage implements Image {
    private String filename;
    public RealImage(String filename) {
        this.filename = filename;
        loadFromDisk();
    }
    private void loadFromDisk() {
        System.out.println("Loading image: " + filename);
    }
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Displaying image: " + filename);
    }
}
// InvocationHandler 实现类
class ImageInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Object target;
    public ImageInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("Before method: " + method.getName());
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("After method: " + method.getName());
        return result;
    }
}
// 测试类
public class ProxyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建目标对象
        Image realImage = new RealImage("test.jpg");
        // 创建 InvocationHandler 实例
        ImageInvocationHandler handler = new ImageInvocationHandler(realImage);
        // 创建代理对象
        Image imageProxy = (Image) Proxy.newProxyInstance(Image.class.getClassLoader(),
                new Class[]{Image.class}, handler);
        // 使用代理对象显示图片
        imageProxy.display();
    }
}

在上面的示例中，Image 是一个接口，RealImage 是目标类，负责加载和显示图片。ImageInvocationHandler 是InvocationHandler接口的实现类，用于处理方法调用并执行额外的操作。ProxyPatternDemo 是一个测试类，用于演示动态代理的使用。

在测试类中，首先创建一个目标对象 RealImage，然后创建一个 ImageInvocationHandler 实例，并将目标对象传入构造函数。接下来，通过调用 Proxy 类的 newProxyInstance() 方法来生成代理对象。最后，使用代理对象调用 display() 方法显示图片。

在方法调用时，代理对象会调用 InvocationHandler 接口中的 invoke() 方法处理方法调用。在示例中，我们在 invoke() 方法中实现了打印方法名的额外操作，并通过反射调用目标对象的方法。

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