一、什么是Proxy模式

Proxy是“代理人”的意思，它指的是代替别人进行工作的人。当不一定需要本人亲自进行工作时，就可以寻找代理人去完成工作。但代理人毕竟只是代理人，能代替本人做的事情终究是有限的。因此，当代理人遇到无法自己解决的事情时就会去找本人解决该问题。

在面向对象编程中，“本人”和“代理人”都是对象。如果“本人”对象无法自己亲自完成一些工作，就将其交给“代理人”对象负责。

用一句话概况：只在必要时生成实例。

二、Proxy模式示例代码

这段示例程序实现了一个“带名字的打印机”。说是打印机，其实只是将文字显示在界面上而已。在Main类中会生成PrinterProxy类的实例(即“代理人”)。首先我们会给实例赋予名字Alice并在界面中显示该名字。接着会将实例名字改为Bob，然后显示该名字。在设置和获取名字时，都不会生成真正的Printer类的实例(即本人)，而是由PrinterProxy类代理。最后，直到我们调用print方法，开始进入实际打印阶段后，PrinterProxy类才会生成Printer类的实例。

为了让PrinterProxy类与Printer类具有一致性，我们定义了Printable接口。示例程序的前提是“生成Printer类的实例”这一处理需要花费很多时间。为了在程序中体现这一点,我们在Printer类的构造函数中调用了heavyJob方法，让它干一些“重活”——睡眠5秒钟。

2.1 类之间的关系

类的功能表：

类图：

时序图：

2.2 Printer类

Printer类(代码清单21-1)是表示“本人”的类。

需要注意的是：heavyJob表示一个重活，也就是每秒只显示一个点，Printer类会因为构造函数里有该方法而不方便生成实例，所以我们在最后打印时再生成实例。也说明了前面讲的：只在必要时生成实例。

/**
 * 打印机“本人”
 */
public class Printer implements Printable {
    private String name;
    public Printer() {
        //构造函数里有“重活”，不方便打印，因此要将打印工作交给代理
        heavyJob("正在生成Printer的实例");
    }
    public Printer(String name) {
        this.name = name;
        heavyJob("正在生成Printer的实例（" + name + "）");
    }
    /**
     * 设置打印机的名字
     */
    @Override
    public void setPrinterName(String name) {
        this.name = name;
    }
    /**
     * 获取打印机的名字
     */
    @Override
    public String getPrinterName() {
        return name;
    }
    @Override
    public void print(String string) {
        System.out.println("=== " + name + " ===");
        System.out.println(string);
    }
    /**
     * 一个重活，每秒只显示一个点，Printer类会因为构造函数里有该方法
     * 而不方便打印，所以我们才将打印工作交给代理
     */
    private void heavyJob(String msg) {
        System.out.print(msg);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            System.out.print(".");
        }
        System.out.println("结束。");
    }
}

2.3 Printable接口

Printable接口用于使PrinterProxy类和Printer类具有一致性。

public interface Printable {
    //设置打印机的名字
    public abstract void setPrinterName(String name);
    //获取打印机的名字
    public abstract String getPrinterName();
    //显示文字（打印输出）
    public abstract void print(String string);
}

2.4 PrinterProxy类

PrinterProxy类是扮演“代理人”角色的类，它实现了Printable接口。

print方法已经超出了代理人的工作范围，因此它会调用realize方法来生成本人。Realize有“实现”(使成为真的东西)的意思。在调用realize方法后，real字段中会保存本人( Print类的实例)，因此可以调用real.print方法。这就是“委托”。

不论setPrinterName方法和getPrinterName方法被调用多少次，都不会生成Printer类的实例。只有当真正需要本人时，才会生成Printer类的实例( PrinterProxy类的调用者完全不知道是否生成了本人，也不用在意是否生成了本人)。

这里希望大家记住的是，Printer类并不知道PrinterProxy类的存在。即，Printer类并不知道自己到底是通过PrinterProxy被调用的还是直接被调用的。

但反过来，PrinterProxy类是知道Printer类的。这是因为PrinterProxy类的real字段是Printer类型的。在PrinterProxy类的代码中，显式地写出了Printer这个类名。因此，PrinterProxy类是与Printer类紧密地关联在一起的组件，事实上他们也是可以解耦的。

相信细心的读者应该已经发现了Printer类的setPrinterName方法和realize方法都是synchronized方法。如果不使用synchronized，当多个线程几乎同时调用该方法时，在判断是否已经生成实例时可能会出错，导致new出多个实例。

public class PrinterProxy implements Printable{
    //名字
    private String name;
    //“本人”
    private Printer real;
    public PrinterProxy() {}
    public PrinterProxy(String name) {
        this.name = name;
    }
    /**
     * setPrinterName方法用于设置新的打印机名字。
     * 如果real字段不为null(也就是已经生成了“本人”)，那么会设置“本人”的名字"，
           同时设置自己( PrinterProxy的实例)的名字。
     * 但是当real字段为null时(即还没有生成“本人”)，那么只会设置自己( PrinterProxy的实例)的名字。
     */
    @Override
    public synchronized void setPrinterName(String name) {
        if (real != null) {
            real.setPrinterName(name);
        }
        this.name = name;
    }
    /**
     * 返回自己的name字段
     * @return 自己的name字段
     */
    @Override
    public String getPrinterName() {
        return name;
    }
    /**
     * print方法已经超出了代理人的工作范围，因此它会调用realize方法来生成本人
     * @param string 打印机的名字
     */
    @Override
    public void print(String string) {
        realize();
        real.print(string);
    }
    /**
     * 调用realize方法后，real字段中会保存本人(Print类的实例)，
     * 因此可以调用real.print方法。这就是“委托”
     */
    private synchronized void realize() {
        if (real == null) {
            real = new Printer(name);
        }
    }
}

2.5 Main类

Main类通过PrinterProxy类使用Printer类。Main类首先会生成PrinterProxy，然后调用getPrinterName方法获取打印机名并显示它。之后通过setPrinterName方法重新设置打印机名。最后，调用print方法输出"Hello.world."。

请注意，在设置名字和显示名字之间并没有生成Printer的实例(本人)，直至调用print方法后，Printer的实例才被生成。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Printable p = new PrinterProxy("Alice");
        System.out.println("现在的名字是 " + p.getPrinterName() + "。");
        p.setPrinterName("Bob");
        System.out.println("现在的名字是 " + p.getPrinterName() + "。");
        p.print("Hello, world.");
    }
}

2.6 运行结果

三、拓展思路的要点

3.1 使用代理人来提升处理速度

在Proxy模式中，Proxy 角色作为代理人尽力肩负着工作使命。例如，在示例程序中，通过使用Proxy 角色，我们成功地将耗时处理(生成实例的处理)推迟至print方法被调用后才进行。

示例程序中的耗时处理的消耗时间并不算太长，大家可能感受不深。请大家试想一下，假如在一个大型系统的初始化过程中，存在大量的耗时处理。如果在启动系统时连那些暂时不会被使用的功能也初始化了，那么应用程序的启动时间将会非常漫长，这将会引发用户的不满。而如果我们只在需要使用某个功能时才将其初始化,则可以帮助我们改善用户体验。

3.2 有必要划分代理人和本人吗

当然，我们也可以不划分PrinterProxy类和Printer类，而是直接在Printer类中加入惰性求值功能（即只有必要时才生成实例的功能)。不过，通过划分PrinterProxy角色和Printer角色，可以使它们成为独立的组件，在进行修改时也不会互相之间产生影响(分而治之)。

只要改变了PrinterProxy类的实现方式，即可改变在Printable接口中定义的那些方法，即对于“哪些由代理人负责处理，哪些必须本人负责处理”进行更改。而且，不论怎么改变，都不必修改Printer类。如果不想使用惰性求值功能，只需要修改Main类，将它使用new关键字生成的实例从PrinterProxy类的实例变为Printer类的实例即可。由于PrinterProxy类和Printer类都实现了Printable接口，因此Main类可以放心地切换这两个类。

在示例程序中，PrinterProxy类代表了“Proxy角色”。因此使用或是不使用PrinterProxy类就代表了使用或是不使用代理功能。

3.3 代理与委托

代理人只代理他能解决的问题。当遇到他不能解决的问题时，还是会“转交”给本人去解决。这里的“转交”就是在本书中多次提到过的“委托”。从PrinterProxy类的print方法中调用real.print方法正是这种“委托”的体现。

在现实世界中，应当是本人将事情委托给代理人负责，而在设计模式中则是反过来的。

3.4 透明性

PrinterProxy类和Printer类都实现了Printable接口，因此Main类可以完全不必在意调用的究竟是PrinterProxy类还是Printer类。无论是直接使用Printer类还是通过PrinterProxy类间接地使用Printer类都可以。

在这种情况下，可以说PrinterProxy类是具有“透明性”的。就像在人和一幅画之间放置了一块透明的玻璃板后，我们依然可以透过它看到画一样，即使在Main类和Printer类之间加入一个PrinterProxy类,也不会有问题。

3.5 HTTP代理

提到代理，许多人应该都会想到HTTP代理。HTTP代理是指位于HTTP服务器(Web服务器)和HTTP客户端(Web浏览器)之间，为Web页面提供高速缓存等功能的软件。我们也可以认为它是一种 Proxy模式。

HTTP代理有很多功能。作为示例，我们只讨论一下它的页面高速缓存功能。

通过Web浏览器访问Web页面时，并不会每次都去访问远程Web服务器来获取页面的内容，而是会先去获取HTTP代理缓存的页面。只有当需要最新页面内容或是页面的缓存期限过期时，才去访问远程Web服务器。

在这种情况下，Web服务器扮演的是Client 角色，HTTP代理扮演的是Proxy角色，而Web服务器扮演的则是RealSubject角色。

3.6 各种Proxy模式

Proxy模式有很多种变化形式。

Virtual Proxy(虚拟代理）

Virtual Proxy就是本章中学习的Proxy模式。只有当真正需要实例时，它才生成和初始化实例。

Remote Proxy(远程代理)

Remote Proxy可以让我们完全不必在意RealSubject角色是否在远程网络上，可以如同它在自己身边一样(透明性地)调用它的方法。Java的RMI (RemoteMethodInvocation:远程方法调用)就相当于Remote Proxy。

Access Proxy

Access Proxy用于在调用RealSubject角色的功能时设置访问限制。例如，这种代理可以只允许指定的用户调用方法,而当其他用户调用方法时则报错。

四、相关的设计模式

4.1 Adapter模式

Adapter模式适配了两种具有不同接口(API)的对象，以使它们可以一同工作。

而在Proxy模式中，Proxy角色与RealSubject角色的接口(API)是相同的(透明性)。

设计模式学习（三）：Adapter适配器模式_玉面大蛟龙的博客-CSDN博客

4.2 Decorator模式

Decorator模式与Proxy模式在实现上很相似，不过它们的使用目的不同。

Decorator模式的目的在于增加新的功能。而在Proxy模式中，与增加新功能相比，它更注重通过设置代理人的方式来减轻本人的工作负担。

设计模式学习（十二）：Decorator装饰器模式_玉面大蛟龙的博客-CSDN博客

设计模式学习（八）：Proxy代理模式