[Design Pattern] Proxy Pattern - 프록시 패턴

Proxy Pattern - 프록시 패턴

Proxy Pattern은 주로 객체의 접근을 제어하거나 객체에 추가적인 기능을 제공하기 위해 사용됩니다.

• 이 패턴은 주체(Real Subject)와 그 주체에 대한 대리자(Proxy)로 구성됩니다.
• Proxy는 대리인 이라는 의미, 일을 대신 하는 사람이라는 의미입니다.
• ‘대리인 proxy’이 할 수 있는 범위를 넘는 일이 발행하면, 실제 ‘본인 real’ 에게 와서 업무요청을 한다는 특징이 있습니다.
• 객체지향 프로그래밍에서는 바빠서 일을 할 수 없는 ‘real object’ 대신에 ‘proxy object’가 어느정도 일을 처리하기도 합니다.
• 그리고 real 오브젝트는 proxy 오브젝트의 존재를 모릅니다.
  • 즉, 이말은 자신이 proxy를 경유해서 호출되고 있는지 직접 호출되고 있는지 모른다는 의미입니다.
  • 이유는 real 오브젝트와 proxy 오브젝트는 서로 구조적 분리가 되어 있기 때문입니다.
• 반면에, ‘proxy 오브젝트’는 ‘real 오브젝트’를 알고 있다는 특징이 있습니다.

 

Proxy Pattern의 종류

• 가상 프록시(Virtual Proxy): 객체의 생성이 비용이 많이 드는 경우, 실제 객체를 필요할 때까지 생성하지 않고 대신 Proxy를 사용합니다. Proxy는 실제 객체가 생성될 때까지 그 객체의 역할을 대신합니다.
• 원격 프록시(Remote Proxy): 다른 주소 공간에 있는 객체를 로컬에서 사용할 수 있도록 해줍니다. 이는 분산 시스템에서 자주 사용됩니다.
• 보호 프록시(Protection Proxy): 객체에 대한 접근 권한을 제어합니다. 예를 들어, 특정 사용자가 특정 메서드를 호출할 수 없도록 할 수 있습니다.
• 캐싱 프록시(Caching Proxy): 반복적으로 호출되는 값이나 결과를 캐시하여 성능을 향상시킵니다.

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Proxy Pattern의 구조

Proxy Pattern은 다음과 같은 구조로 이루어집니다.

• Subject(주체)의 역할: Proxy와, RealSubject의 역할을 동일시하기 위한 인터페이스를 결정합니다. → 뼈대의 느낌
• Proxy(대리인)의 역할: Client의 요구를 할 수 있는 만큼 처리합니다, 그러나 처리할 수 없으면 Real Subject에게 처리를 맡깁니다.
• Real Subject(실제의 주체)의 역할: Proxy가 감당할 수 없는 일이 발생했을 때 처리하는 역할을 담당합니다.
• Client(의뢰인)의 역할: Proxy패턴을 이용하는 역할입니다.

• 실제로 Server 구성시, Server앞에 Proxy 두는게 일반적입니다.
• Proxy는 Server와 Communication하면서 Client에게 필요한 정보를 주는 기능을 담당합니다.
• 이외에도 log, statics 기능이 존재합니다.
• 혹은 Server의 log를 줄이기 위해 들어오는 requests에 대한 response를 cache로 가지고 있기도 합니다.
• Client가 자주 요청하는 request같은 경우는 proxy에서 바로 response를 주는게 가능합니다.

아와 같은 개념들이 Proxy Pattern에도 똑같이 적용이 됩니다.

• 만약에 사용하고자 하는 Object가 있고, 그 Object를 사용하는 Client가 있습니다.
• 이때 Client가 Object의 어떠한 기능을 실행시키려고 하면 Proxy에서는 Object의 Function을 실행시키거나, 로그를 남기거나 Object의 결과를 cache로 가지고 있는 기능을 할 수 있습니다.

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Proxy Pattern의 장점 & 단점

• Proxy Pattern의 장점
  • 객체에 대한 접근 제어: proxy는 주체에 대한 접근을 제어하고 관리할 수 있습니다.
  • 지연 초기화: 비용이 많이 드는 객체의 생성을 지연시킬 수 있습니다.
  • 추가 기능: proxy는 주체의 메서드 호출 전후에 추가적인 기능을 제공할 수 있습니다.

• Proxy Pattern의 단점
  • 복잡성 증가: proxy를 추가하면 코드가 복잡해질 수 있습니다.
  • 성능 오버헤드: proxy를 통해 요청이 전달되기 때문에 약간의 성능 오버헤드가 발생할 수 있습니다.

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Proxy Pattern - Example.1

class Cat:
    def speak(self):
        print("meow")

kitty = Cat()
kitty.speak()  # meow

• Cat class는 Speak 함수가 존재합니다.
• Cat object인 kitty를 만들고 kitty는 speak을 할 수 있습니다.

class CatProxy:
    def __init__(self, cat:Cat):
        self.cat = cat

   def speak(self):
    print("before speak") # validity Check
    self.cat.speak()
    print("after speak") # logging

• CatProxy는 내부의 Cat object를 property로 가지고 있으며 Cat을 대표하기 때문에 동일한 speak함수를 가지고 있어야 합니다.
  • (Proxy pattern의 특성상 기존 Object인 Cat과 Proxy object가 동일한 interface를 가지고 있어야함)
• CatProxy의 speak안에는 그 목적에 따라 다른 기능을 추가할 수 있습니다.

kitty_proxy = CatProxy(kitty)
kitty_proxy.speak()

# Result
before speak
meow
after speak

 

• CatProxy object인 Kitty_proxy를 만들고 cat object인 kitty를 인자로 넘겨줘서 speak를 호출 시, 결국 Cat class의 speak함수를 이용할 수 있습니다.

Client가 어떤 object를 직접 사용하기보다는 같은 interface를 가진 다른 object를 통해서 사용하는 것이 필요할 때, Proxy Pattern을 고려해볼 수 있습니다.

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Proxy Pattern - Example.2

• Subject(주체)의 역할 → Printable
• Proxy(대리인)의 역할 → PrinterProxy
• RealSubject(실제의 주체)의 역할 → Printer
• Client(의뢰인)의 역할 → Main

import time
from abc import *
from asyncio.windows_events import NULL

class Printable(metaclass = ABCMeta):
    def __init__(self):
        self._name = ""

    @abstractmethod # 뼈대
    def setPrinterName(self):
        pass
    
    @abstractmethod # 뼈대
    def getPrinterName(self):
        pass
    
    @abstractmethod # 뼈대
    def printText(self):
        pass

class Printer(Printable): # Real
    def __init__(self, name):
        self._name = name
        self.heavyJob("Printer의 인스턴스("+self.name+")를 생성 중") # 초기화 역할

    def setPrinterName(self, name):
        self._name = name

    def getPrinterName(self):
        return self._name

    def printText(self, msg):
        print("==="+self.name"===", end=": ")
        print(msg)
    
    def heavyJob(self, msg): # 부팅
        print(msg)

        for i in range(5):
            time.sleep(1)
        
        print("완료")

class PrinterProxy(Printable):

    def __init__(self, name):
        self._name = name
        self._real = NULL
    
    def realize(self):
        if self._real == NULL:
            self._real = Printer(self._name) # 부팅 역할
    
    def setPrinterName(self, name):
        if self._real != NULL:
            self._real.setPrinterName(name) # 부팅 후

        self._name = name
    
    def getPrinterName(self): 
        return self._name
    
    def printText(self, msg): # 만약에 대리인의 역할 범위 초과시, realize에서 실행
        self.realize()
        self._real.printText(msg)
        
# client
p = PrinterProxy("보스토크")
print("현재 이름은 "+p.getPrinterName()+"입니다.")
p = PrinterProxy("머큐리")
print("현재 이름은 "+p.getPrinterName()+"입니다.")
p.printText("hello, How are you?")
p.printText("Do you hear me?")

p.setPrinterName("아폴로")
print("현재 이름은 "+p.getPrinterName()+"입니다.")
p.printText("We successfully arrived the moon.")

• 보면, 보스토크, 머큐리는 → 대리인이 가볍게 일을 처리합니다.
• Printer의 인스턴스 (머큐리)를 생성중인 과정은 → 본인이 처리합니다. (부팅 과정 입니다)

 

Proxy Pattern - Example.2 : Sequence Diagram

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Proxy를 사용해서 속도 올리기

• Proxy는 가능한 일만 처리하지만, 실제로 print할 때 까지 무거운 처리를 지연시킬 수 있습니다.
• 가령 대규모 시스템을 생각해보면, 기동시점에서 이용하지 않는 기능까지 전부 초기화하면, 어플리케이션의 기동에 시간이 많이 걸리는 문제가 있습니다. → 이건 사용자들의 불만으로 이어질수도 있습니다.
• 그래서 실제로 사용하는 시점, 그 단계가 되었을때 처음으로 초기화 하는편이 스트레스를 줄여줍니다.

Proxy & Real 분리 필요?
- Printer 클래스 안에 처음부터 지연 평가의 기능을 넣을 수도 있음 → But, Design pattern의 기능에 위배됨.
- 그러나, 둘을 분리해서 프로그램을 부품화 하여 만들면, 개별적으로 수정이 가능함

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투과적 API

• PrinterProxy 클래스와 Printer 클래스는 같은 Printable이란 인터페이스를 구현하고 있습니다.
• Main 클래스는 실제로 호출하는 곳이 PrintProxy 클래스이든, Printer 클래스이든 상관하지 않습니다.
  • Printer를 직접 이용해도, 중간의 PrinterProxy가 들어와도 문제 없이 사용이 가능하다는 의미입니다.
• 이러한 경우 PrinterProxy 클래스는 투과적이라고 말할 수 있습니다.

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HTTP Proxy

• Proxy라고 하면 HTTP Proxy가 먼저 떠오릅니다.
• HTTP Proxy는 HTTP 서버, 클라이언트 사이에서 웹페이지의 cashing을 실행하는 소프트웨어이며 이것도 Proxy패턴을 적용해서 생각할 수 있습니다.
• HTTP Proxy는 많은 기능을 가지고 있기 때문에 여기서는 일례로 페이지의 cashing에 대하여 설명을 하면, 웹브라우저가 어떤 웹페이지를 표시할 때, 일일이 원격지에 있는 웹 서버에 엑세스해서 페이지를 취득하는 거이 아닌, HTTP Proxy가 캐쉬해서 어떤 웹페이지를 대신해서 취득하게 되며, 최신정보가 필요하거나 페이지의 유효기간이 지났을때 웹 서버에 웹 페이지를 가지러 갑니다.

프록시 패턴 - 예제.2 : 시퀀스 다이어그램