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Java代理模式(Proxy模式)

理解並使用設計模式,能夠培養我們良好的面向對象編程習慣,同時在實際應用中,可以如魚得水,享受游刃有余的樂趣。

Proxy是比較有用途的一種模式,而且變種較多,應用場合覆蓋從小結構到整個系統的大結構,Proxy是代理的意思,我們也許有代理服務器等概念,代理概念可以解釋為:在出發點到目的地之間有一道中間層,意為代理。

設計模式中定義:為其他對象提供一種代理以控制對這個對象的訪問。

為什麼要使用代理模式

  • 授權機制 不同級別的用戶對同一對象擁有不同的訪問權利,如Jive論壇系統中,就使用Proxy進行授權機制控制,訪問論壇有兩種人:注冊用戶和游客(未注冊用戶),Jive中就通過類似ForumProxy這樣的代理來控制這兩種用戶對論壇的訪問權限。
  • 某個客戶端不能直接操作到某個對象,但又必須和那個對象有所互動。


舉例兩個具體情況:

  • 如果那個對象是一個是很大的圖片,需要花費很長時間才能顯示出來,那麼當這個圖片包含在文檔中時,使用編輯器或浏覽器打開這個文檔,打開文檔必須很迅速,不能等待大圖片處理完成,這時需要做個圖片Proxy來代替真正的圖片。
  • 如果那個對象在Internet的某個遠端服務器上,直接操作這個對象因為網絡速度原因可能比較慢,那我們可以先用Proxy來代替那個對象。


總之原則是,對於開銷很大的對象,只有在使用它時才創建,這個原則可以為我們節省很多寶貴的Java內存。所以,有些人認為Java耗費資源內存,我以為這和程序編制思路也有一定的關系。

如何使用代理模式

以Jive論壇系統為例,訪問論壇系統的用戶有多種類型:注冊普通用戶、論壇管理者、系統管理者、游客。注冊普通用戶才能發言,論壇管理者可以管理他被授權的論壇,系統管理者可以管理所有事務等,這些權限劃分和管理是使用Proxy完成的。

Forum是Jive的核心接口,在Forum中陳列了有關論壇操作的主要行為,如論壇名稱,論壇描述的獲取和修改,帖子發表刪除編輯等。

在ForumPermissions中定義了各種級別權限的用戶:

public class ForumPermissions implements Cacheable {
/**
* Permission to read object.
*/
public static final int READ = 0;

/**
* Permission to administer the entire sytem.
*/
public static final int SYSTEM_ADMIN = 1;

/**
* Permission to administer a particular forum.
*/
public static final int FORUM_ADMIN = 2;

/**
* Permission to administer a particular user.
*/
public static final int USER_ADMIN = 3;

/**
* Permission to administer a particular group.
*/
public static final int GROUP_ADMIN = 4;

/**
* Permission to moderate threads.
*/
public static final int MODERATE_THREADS = 5;

/**
* Permission to create a new thread.
*/
public static final int CREATE_THREAD = 6;

/**
* Permission to create a new message.
*/
public static final int CREATE_MESSAGE = 7;

/**
* Permission to moderate messages.
*/
public static final int MODERATE_MESSAGES = 8;

.....

public boolean isSystemOrForumAdmin() {
 return (values[FORUM_ADMIN] || values[SYSTEM_ADMIN]);
}

.....

}

因此,Forum中各種操作權限是和ForumPermissions定義的用戶級別有關系的,作為接口Forum的實現:ForumProxy正是將這種對應關系聯系起來。比如,修改Forum的名稱,只有論壇管理者或系統管理者可以修改,代碼如下:

public class ForumProxy implements Forum {
    private ForumPermissions permissions;
    private Forum forum;
    this.authorization = authorization;

    public ForumProxy(Forum forum, Authorization authorization,
    ForumPermissions permissions){
        this.forum = forum;
        this.authorization = authorization;
        this.permissions = permissions;
    }
    .....
    public void setName(String name) throws UnauthorizedException,
        ForumAlreadyExistsException{
  //只有是系統或論壇管理者才可以修改名稱
  if (permissions.isSystemOrForumAdmin()) {
   forum.setName(name);
  }
  else {
   throw new UnauthorizedException();
  }
    }
    ...

} 

而DbForum才是接口Forum的真正實現,以修改論壇名稱為例:

public class DbForum implements Forum, Cacheable {
    ...
    public void setName(String name) throws ForumAlreadyExistsException {
  ....
  this.name = name;
  //這裡真正將新名稱保存到數據庫中
  saveToDb();
  ....
    }
    ...
}

凡是涉及到對論壇名稱修改這一事件,其他程序都首先得和ForumProxy打交道,由ForumProxy決定是否有權限做某一樣事情,ForumProxy是個名副其實的"網關","安全代理系統"。

在平時應用中,無可避免總要涉及到系統的授權或安全體系,不管你有無意識的使用Proxy,實際你已經在使用Proxy了。

我們繼續結合Jive談入深一點,下面要涉及到工廠模式了。

我們已經知道,使用Forum需要通過ForumProxy,Jive中創建一個Forum是使用Factory模式,有一個總的抽象類ForumFactory,在這個抽象類中,調用ForumFactory是通過getInstance()方法實現,這裡使用了Singleton(也是設計模式之一),getInstance()返回的是ForumFactoryProxy。

為什麼不返回ForumFactory,而返回ForumFactory的實現ForumFactoryProxy?原因是明顯的,需要通過代理確定是否有權限創建forum。

在ForumFactoryProxy中我們看到代碼如下:

public class ForumFactoryProxy extends ForumFactory {
 protected ForumFactory factory;
 protected Authorization authorization;
 protected ForumPermissions permissions;

 public ForumFactoryProxy(Authorization authorization, ForumFactory factory,ForumPermissions permissions){
  this.factory = factory;
  this.authorization = authorization;
  this.permissions = permissions;
 }

 public Forum createForum(String name, String description)
  throws UnauthorizedException, ForumAlreadyExistsException{
  //只有系統管理者才可以創建forum
  if (permissions.get(ForumPermissions.SYSTEM_ADMIN)) {
   Forum newForum = factory.createForum(name, description);
   return new ForumProxy(newForum, authorization, permissions);
  }
  else {
   throw new UnauthorizedException();
  }
    }
}
 

方法createForum返回的也是ForumProxy,Proxy就象一道牆,其他程序只能和Proxy交互操作。

注意到這裡有兩個Proxy:ForumProxy和ForumFactoryProxy。代表兩個不同的職責:使用Forum和創建Forum。至於為什麼將使用對象和創建對象分開,這也是為什麼使用Factory模式的原因所在:是為了"封裝" "分派"。換句話說,盡可能功能單一化,方便維護修改。

Jive論壇系統中其他如帖子的創建和使用,都是按照Forum這個思路而來的。

以上我們討論了如何使用Proxy進行授權機制的訪問,Proxy還可以對用戶隱藏另外一種稱為copy-on-write的優化方式。拷貝一個龐大而復雜的對象是一個開銷很大的操作,如果拷貝過程中,沒有對原來的對象有所修改,那麼這樣的拷貝開銷就沒有必要。用代理延遲這一拷貝過程。

比如:我們有一個很大的Collection,具體如hashtable,有很多客戶端會並發同時訪問它。其中一個特別的客戶端要進行連續的數據獲取,此時要求其他客戶端不能再向hashtable中增加或刪除 東東。

最直接的解決方案是:使用collection的lock,讓這特別的客戶端獲得這個lock,進行連續的數據獲取,然後再釋放lock。

public void foFetches(Hashtable ht){
 synchronized(ht){
  //具體的連續數據獲取動作..
 }
}


但是這一辦法可能鎖住Collection會很長時間,這段時間,其他客戶端就不能訪問該Collection了。

第二個解決方案是clone這個Collection,然後讓連續的數據獲取針對clone出來的那個Collection操作。這個方案前提是,這個Collection是可clone的,而且必須有提供深度clone的方法。Hashtable就提供了對自己的clone方法,但不是Key和value對象的clone。

public void foFetches(Hashtable ht){
 Hashttable newht=(Hashtable)ht.clone();
}


問題又來了,由於是針對clone出來的對象操作,如果原來的母體被其他客戶端操作修改了,那麼對clone出來的對象操作就沒有意義了。

最後解決方案:我們可以等其他客戶端修改完成後再進行clone,也就是說,這個特別的客戶端先通過調用一個叫clone的方法來進行一系列數據獲取操作。但實際上沒有真正的進行對象拷貝,直至有其他客戶端修改了這個對象Collection。

使用Proxy實現這個方案,這就是copy-on-write操作。

Proxy應用范圍很廣,現在流行的分布計算方式RMI和Corba等都是Proxy模式的應用。

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