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刘伟 · 更新于 2018-10-20 10:00:46

C# 设计模式之代理模式(三)

远程代理

远程代理(Remote Proxy)是一种常用的代理模式,它使得客户端程序可以访问在远程主机上的对象,远程主机可能具有更好的计算性能与处理速度,可以快速响应并处理客户端的请求。远程代理可以将网络的细节隐藏起来,使得客户端不必考虑网络的存在。客户端完全可以认为被代理的远程业务对象是在本地而不是在远程,而远程代理对象承担了大部分的网络通信工作,并负责对远程业务方法的调用。

远程代理示意图如图所示,客户端对象不能直接访问远程主机中的业务对象,只能采取间接访问的方式。远程业务对象在本地主机中有一个代理对象,该代理对象负责对远程业务对象的访问和网络通信,它对于客户端对象而言是透明的。客户端无须关心实现具体业务的是谁,只需要按照服务接口所定义的方式直接与本地主机中的代理对象交互即可。

远程代理示意图

在基于 .NET 平台的分布式技术,例如 DCOM(Distribute Component Object Model,分布式组件对象模型)、Web Service 中,都应用了远程代理模式,大家可以查阅相关资料进行扩展学习。

虚拟代理

虚拟代理(Virtual Proxy)也是一种常用的代理模式,对于一些占用系统资源较多或者加载时间较长的对象,可以给这些对象提供一个虚拟代理。在真实对象创建成功之前虚拟代理扮演真实对象的替身,而当真实对象创建之后,虚拟代理将用户的请求转发给真实对象。

通常,在以下两种情况下可以考虑使用虚拟代理:

(1) 由于对象本身的复杂性或者网络等原因导致一个对象需要较长的加载时间,此时可以用一个加载时间相对较短的代理对象来代表真实对象。通常在实现时可以结合多线程技术,一个线程用于显示代理对象,其他线程用于加载真实对象。这种虚拟代理模式可以应用在程序启动的时候,由于创建代理对象在时间和处理复杂度上要少于创建真实对象,因此,在程序启动时,可以用代理对象代替真实对象初始化,大大加速了系统的启动时间。当需要使用真实对象时,再通过代理对象来引用,而此时真实对象可能已经成功加载完毕,可以缩短用户的等待时间。

(2) 当一个对象的加载十分耗费系统资源的时候,也非常适合使用虚拟代理。虚拟代理可以让那些占用大量内存或处理起来非常复杂的对象推迟到使用它们的时候才创建,而在此之前用一个相对来说占用资源较少的代理对象来代表真实对象,再通过代理对象来引用真实对象。为了节省内存,在第一次引用真实对象时再创建对象,并且该对象可被多次重用,在以后每次访问时需要检测所需对象是否已经被创建,因此在访问该对象时需要进行存在性检测,这需要消耗一定的系统时间,但是可以节省内存空间,这是一种用时间换取空间的做法。

无论是以上哪种情况,虚拟代理都是用一个“虚假”的代理对象来代表真实对象,通过代理对象来间接引用真实对象,可以在一定程度上提高系统的性能。

缓冲代理

缓冲代理(Cache Proxy)也是一种较为常用的代理模式,它为某一个操作的结果提供临时的缓存存储空间,以便在后续使用中能够共享这些结果,从而可以避免某些方法的重复执行,优化系统性能。

在微软示例项目 PetShop 4.0 的业务逻辑层(Business Logic Layer, BLL)中定义了 Product、Category、Item 等类,它们封装了相关的业务方法,用于调用数据访问层(Data Access Layer, DAL)对象访问数据库,以获取相关数据。为了改进系统性能,PetShop 4.0 为这些实现方法增加缓存机制,引入一个新的对象去控制原来的 BLL 业务逻辑对象,这些新的对象对应于代理模式中的代理对象。在引入代理模式后,实现了在缓存级别上对业务对象的封装,增强了对业务对象的控制,如果需要访问的数据在缓存中已经存在,则无须再重复执行获取数据的方法,直接返回存储在缓存中的数据即可。由于原有业务对象(真实对象)和新增代理对象暴露在外的方法是一致的,因而对于调用方即客户端而言,调用代理对象与真实对象并没有实质的区别。

这些新引入的代理类包括 ProductDataProxy、CategoryDataProxy 和 ItemDataProxy 等。下面以 PetShop.BLL.Product 业务对象为例进行说明,PetShop 4.0 为其建立了代理对象 ProductDataProxy,并在 ProductDataProxy 的 GetProductsByCategory() 方法中调用了业务逻辑层 Product 类的 GetProductsByCategory() 方法,同时增加了缓存机制。如图所示:

PetShop4.0 缓存代理示意图

在 ProductDataProxy 类中存在如下代码片段:

public static class ProductDataProxy
{
    private static readonly int productTimeout = int.Parse(ConfigurationManager.AppSettings ["ProductCacheDuration"]);
    private static readonly bool enableCaching = bool.Parse(ConfigurationManager. AppSettings["EnableCaching"]); 

    public static IList GetProductsByCategory(string category)
    {        
        Product product = new Product();

        //如果缓存被禁用,则直接通过product对象来获取数据
         if (!enableCaching)
        {
            return product.GetProductsByCategory(category);
        }

        string key = "product_by_category_" + category;
        //从缓存中获取数据
         IList data = (IList )HttpRuntime.Cache[key];  

        //如果缓存中没有数据则执行如下代码
          if (data == null)
        {            
          data = product.GetProductsByCategory(category);            
          //通过工厂创建AggregateCacheDependency对象
            AggregateCacheDependency cd = DependencyFacade.GetProductDependency (); 
          //将数据存储在缓存中,并添加必要的AggregateCacheDependency对象
            HttpRuntime.Cache.Add(key, data, cd, DateTime.Now.AddHours(product Timeout), Cache.NoSlidingExpiration, CacheItemPriority.High, null); 
        }
        return data;
    }
        ……
}

在上述代码中,AggregateCacheDependency 是从.NET Framework 2.0 开始新增的一个类,它负责监视依赖项对象的集合。当这个集合中的任意一个依赖项对象发生改变时,该依赖项对象对应的缓存对象都将被自动移除。在此不对 AggregateCacheDependency 进行详细说明,大家可以查阅相关资料进行扩展学习。

与业务逻辑层 Product 对象的 GetProductsByCategory() 方法相比,上述代码增加了缓存机制。当缓存内不存在相关数据项时,则直接调用业务逻辑层 Product 的 GetProductsByCategory() 方法来获取数据,并将其与对应的 AggregateCacheDependency 对象一起存储在缓存中。在 ProductDataProxy 类的每一个业务方法中都实例化了 Product 类,再调用 Product 类的相应方法,因此 ProductDataProxy 与 Product 之间属于依赖关系,这是标准代理模式的一种变形,可以按照标准代理模式对其进行改进,包括引入高层的抽象接口。