Javaプロキシモードの詳細説明、静的プロキシと動的プロキシの違いとメリット・デメリット

プロキシパターンは、プロキシオブジェクトを導入することで制御対象のオブジェクトへのアクセスを可能にする一般的に使用される設計パターンです。Java では、プロキシパターンが広く使用されており、権限チェック、キャッシュ、ロギングなどの追加機能を提供でき、ターゲットオブジェクトを変更せずに拡張できます。

1. プロキシモードの定義

プロキシパターンとは、プロキシオブジェクトを介して対象オブジェクトへのアクセスを制御し、対象オブジェクトを変更せずに機能の追加やアクセス制御を行うことを指します。プロキシオブジェクトとターゲットオブジェクトは同じインターフェイスを実装しているため、クライアントはプロキシオブジェクトを介してターゲットオブジェクトに間接的にアクセスできます。

プロキシモードは構造設計モードに属し、システムにプロキシオブジェクトを導入します。これにより、ターゲットオブジェクトへのクライアントの直接アクセスが置き換えられ、ターゲットオブジェクトに基づいて追加機能やアクセス制御を追加できます。

2. プロキシモードの原理

プロキシパターンの中心的な考え方は、ターゲットオブジェクトへのアクセスを制御するためにプロキシオブジェクトを導入することです。プロキシオブジェクトとターゲットオブジェクトは同じインターフェイスを実装しているため、クライアントはプロキシオブジェクトを介してターゲットオブジェクトに間接的にアクセスできます。プロキシオブジェクトは、クライアントのリクエストを処理し、必要に応じてリクエストをターゲットオブジェクトに転送する責任を負います。このプロセス中に、プロキシオブジェクトは、アクセス許可のチェック、キャッシュ、ロギングなどの追加のロジックを追加できます。

プロキシモードの主な役割は次のとおりです。

抽象サブジェクト (Subject): プロキシオブジェクトとターゲットオブジェクトの共通インターフェイス (通常は Java のインターフェイスまたは抽象クラス) を定義します。
ターゲットオブジェクト (RealSubject): プロキシオブジェクトによって表される実際のオブジェクトを定義し、ビジネスロジックの特定の実行者です。
プロキシオブジェクト (Proxy): ターゲットオブジェクトへの参照を保持し、ターゲットオブジェクトと同じインターフェイスを実装し、メソッド呼び出しの前後に追加の操作を実行します。

プロキシモードのワークフローは次のとおりです。

クライアントはプロキシオブジェクトにリクエストを送信します。
プロキシオブジェクトはリクエストを受信した後、リクエストがターゲットオブジェクトに転送される前または後に追加のロジックを実行できます。
プロキシオブジェクトはリクエストをターゲットオブジェクトに転送します。
ターゲットオブジェクトは特定のビジネスロジックを実行し、結果を返します。
プロキシオブジェクトは、ターゲットオブジェクトが結果を返す前または後に、いくつかの追加の操作を実行できます。
プロキシオブジェクトは結果をクライアントに返します。

プロキシオブジェクトを導入することにより、プロキシパターンはターゲットオブジェクトへのアクセスを制御し、ターゲットオブジェクトを変更せずに機能を追加したり、アクセスを制御したりできます。

3. プロキシモードの実装

Java には、プロキシモードの主な実装として、静的プロキシと動的プロキシの 2 つがあります。

3.1 静的プロキシ

静的プロキシとは、プロキシオブジェクトとターゲットオブジェクトの間の関係がコンパイル時に決定され、プロキシクラスが手動でコードを記述することによって実装されることを意味します。静的プロキシでは、プロキシクラスとターゲットクラスの両方が同じインターフェイスを実装し、プロキシクラスはターゲットオブジェクトを保持し、メソッド呼び出しの前後に追加の操作を実行します。

静的プロキシは次のように動作します。

ターゲットインターフェイスとしてインターフェイス (または抽象クラス) を定義すると、ターゲットオブジェクトはこのインターフェイスを実装します。
ターゲットインターフェイスを実装し、ターゲットオブジェクトへの参照を保持するプロキシクラスを作成します。
プロキシクラスでターゲットインターフェイスのメソッドをオーバーライドし、メソッド呼び出しの前後に必要な追加操作を実行します。
クライアントはプロキシオブジェクトを使用してターゲットオブジェクトにアクセスします。

静的プロキシの特徴:

プロキシクラスを手動で記述する必要があり、作業負荷が比較的大きくなります。
ターゲットオブジェクトはインターフェイスを実装する必要があります。
プロキシクラスとターゲットクラスの関係はコンパイル時に決定され、動的に変更することはできません。

静的プロキシのアプリケーションシナリオ:

セキュリティ制御: プロキシクラスは、ターゲットメソッドを呼び出す前に権限チェックなどのセキュリティ制御を実行できます。
リモート呼び出し: プロキシクラスはネットワーク通信に関連する詳細をカプセル化できるため、ローカルメソッドを呼び出すのと同じくらい簡単にリモートメソッドを呼び出すことができます。
パフォーマンス監視: プロキシクラスは、パフォーマンス監視と統計分析のためにメソッドの実行時間や呼び出し数などの情報を収集できます。

以下は、単純な静的プロキシのサンプルコードです。

// 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();
    }
}

上の例では、これはターゲットクラスであるImageインターフェイスであり、画像のロードと表示を担当します。対象クラスへの参照を保持し、必要に応じて対象クラスを作成・使用するプロキシクラスです。静的プロキシの使用を示すために使用されるテストクラスです。RealImageImageProxyProxyPatternDemo

テストクラスでは、まずプロキシオブジェクトを作成しImageProxy、display()画像を表示するメソッドを呼び出します。display()プロキシオブジェクトは実際のオブジェクトを作成しRealImage、そのメソッドを初めて呼び出したときにそのdisplay()メソッドを呼び出して画像をロードして表示します。その後メソッドが呼び出された場合display()、プロキシオブジェクトはdisplay()イメージを再読み込みせずに実際のオブジェクトのメソッドを直接呼び出します。

静的プロキシの欠点は、プロキシクラスを手動で記述する必要があり、作業負荷が比較的大きいことです。インターフェース内のメソッドが多かったり、変更が頻繁にある場合は、プロキシクラスのコードを頻繁に修正する必要があり、メンテナンスの難易度が高くなります。また、プロキシクラスと静的プロキシのターゲットクラスの間には密結合関係があるため、ターゲットクラスが変更されると、それに応じてプロキシクラスも変更する必要があります。

静的プロキシの欠点を解決するために、Java は動的プロキシメカニズムも提供します。

3.2 動的プロキシ

動的プロキシとは、プロキシクラスを手動で作成せずに、実行時にプロキシオブジェクトを生成することを指します。Java の動的プロキシ機構はリフレクションに基づいて実装されており、動的プロキシはjava.lang.reflect.Proxyクラスとインターフェイスを使用して実現されます。java.lang.reflect.InvocationHandler

動的プロキシでは、プロキシクラスの作成とメソッドの呼び出しは実行時に行われます。プロキシオブジェクトはメモリ内に動的に作成され、ターゲットオブジェクトの参照を保持しながら、ターゲットオブジェクトのインターフェイスを実装します。メソッドが呼び出されると、プロキシオブジェクトはInvocationHandlerインターフェイス内のメソッドを呼び出してリクエストを処理し、メソッド呼び出しの前後に追加の操作を実行できます。

動的プロキシは次のように機能します。

インターフェースをターゲットインターフェースとして定義します。
InvocationHandlerメソッド呼び出しの処理と追加の操作の実行を担当するインターフェイスの実装クラスを作成します。
Proxyクラスの静的メソッドを使用して、newProxyInstance()対象オブジェクトとを指定してプロキシオブジェクトを生成しますInvocationHandler。
クライアントはプロキシオブジェクトを使用して、ターゲットオブジェクトのメソッドにアクセスします。

ダイナミックプロキシの特徴:

プロキシクラスを手動で記述する必要はなく、プロキシオブジェクトは実行時に動的に生成されます。
ターゲットオブジェクトはインターフェイスを実装する必要はなく、ターゲットオブジェクトの共通インターフェイスを定義するだけで済みます。
プロキシオブジェクトとターゲットオブジェクトの関係は実行時に決定され、動的に変更できます。

動的プロキシのアプリケーションシナリオ:

AOP (アスペクト指向プログラミング): 動的プロキシは、ターゲットメソッドの実行の前後に、アクセス許可のチェックやトランザクション管理などの追加の操作を実行できます。これは AOP を実装する一般的な方法です。
遅延読み込み: 遅延読み込みの効果を実現するために、ターゲットメソッドが呼び出されたときに動的プロキシを読み込み、初期化できます。
ログ: 動的プロキシは、ターゲットメソッドの実行前後のログ情報を記録できます。

単純な動的プロキシのサンプルコードを次に示します。

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();
    }
}

上の例では、これはターゲットクラスであるImageインターフェイスであり、画像のロードと表示を担当します。メソッド呼び出しを処理し、追加の操作を実行するために使用されるインターフェイスの実装クラスです。は、動的プロキシの使用を示すテストクラスです。RealImageImageInvocationHandlerInvocationHandlerProxyPatternDemo

テストクラスでは、まずターゲットオブジェクトを作成しRealImage、次にImageInvocationHandlerインスタンスを作成して、ターゲットオブジェクトをコンストラクターに渡します。Proxy次に、クラスのメソッドを呼び出してプロキシオブジェクトを生成しますnewProxyInstance()。最後に、プロキシオブジェクトを使用して、display()画像を表示するメソッドを呼び出します。

メソッドが呼び出されると、プロキシオブジェクトはInvocationHandlerインターフェイス内のメソッドを呼び出してinvoke()、メソッド呼び出しを処理します。この例では、invoke()メソッド内にメソッド名を出力する追加の操作を実装し、リフレクションを通じてターゲットオブジェクトのメソッドを呼び出します。