深入理解[代理模式]原理与技术

Java基础

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2019-5-5

AD:资源代下载服务

代理模式的定义:为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

代理模式是23种常用的面向对象软件的设计模式之一,具体又分为静态代理、动态代理。

如何理解代理模式?

思考抽象问题最好的办法就是具体化!

比如我们需要为一个业务方法在执行前后记录日志,为了达到解耦的目的,我们可以再新建一个类并定义一个新的业务方法,该方法既可以调用原业务方法,又可以在调用前后进行日志处理,例如:

    CarProxy.class

    public void move() {
        System.out.println("日志开始记录....");
        new Car().move();
        System.out.println("日志记录完成....");
    }

代理模式的应用很多,比如Spring容器的延迟加载,AOP增强处理等。

一:静态代理

静态代理是由程序员创建或工具生成代理类的源码,再编译代理类。

所谓静态也就是在程序运行前就已经存在代理类的字节码文件,代理类和委托类的关系在运行前就确定了。

一句话,自己手写代理类就是静态代理。

基于继承的静态代理

目标对象:定义一个普通方法

public class Car {

    public void move() {
        System.out.println("1.汽车开始跑步");
        System.out.println("2.汽车跑到了终点");
    }

}

代理对象:主要作用是继承目标对象,进行增强处理,并使用关键字super调用父类方法。

public class CarProxy extends Car {

    @Override
    public void move() {
        System.out.println("日志开始记录....");
        super.move();
        System.out.println("日志记录完成....");
    }

}

测试方法:实际上是调用代理对象的move()方法。

    public static void main(String[] args) {
        Car car = new CarProxy();
        car.move();
    }

基于接口的静态代理

共同接口:定义一个普通的接口方法

public interface Moveable {
    void move();
}

目标对象:实现该接口方法。

public class Car implements Moveable {

    @Override
    public void move() {
        System.out.println("汽车行驶中....");
    }

}

代理对象:调用目标对象的方法,并在调用前后进行增强处理。

public class CarProxy implements Moveable{
    private Moveable move;
    
    @Override
    public void move() {
        if(move==null){
            move = new Car();
        }
        System.out.println("开始记录日志:");
        move.move();
        System.out.println("记录日志结束!");
         
    }
}

测试方法:实际上是调用代理对象的move()方法。

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Moveable m =new CarProxy();
        m.move();
    }

静态代理的优缺点

优点

业务类只需要关注业务逻辑本身,保证了业务类的重用性。这是代理模式的共有优点。

缺点

1)代理对象的一个接口只服务于一种类型的对象,如果要代理的类型很多,势必要为每一种类型的方法都进行代理,静态代理在程序规模稍大时就无法胜任了。

  • 比如Car类的move()方法需要记录日志,如果还有汽车,火车,自行车类的move()方法也需要记录日志,我们都要一个个的去为它们生成代理类,太麻烦了。

2)如果接口增加一个方法,除了所有实现类需要实现这个方法外,所有代理类也需要实现此方法。显而易见,增加了代码维护的复杂度。 

二:动态代理

动态代理是在实现阶段不用关心代理类,而在运行阶段才指定哪一个对象。

动态代理类的源码是在程序运行期间由JVM根据反射等机制动态的生成 。

简单来说,动态代理就是交给程序去自动生成代理类。

JDK的动态代理

JDK动态代理实现步骤:

  1. 创建被代理的类以及实现的接口;
  2. 创建一个实现接口InvocationHandler的类,它必须实现invoke方法;
  3. 调用Proxy的newProxyInstance静态方法,创建一个代理类。
  4. 通过代理对象调用目标方法。

代码示例

共同接口

public interface Moveable {
    String move();
}

目标对象:正常实现接口方法

public class Car implements Moveable {

    @Override
    public String move() {
        return "汽车行驶中";
    }

}

对目标对象的增强处理:

public class LogHandler implements InvocationHandler{
    private Object target;
    
    public LogHandler(Object object){
        super();
        this.target =  object;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        //增强处理
        Object o = method.invoke(target,args);
        //增强处理
        return o;
    }

}

实现InvocationHandler接口步骤:

  1. 定义含参构造方法,该参数为要代理的实例对象,目的是用于执行method.invoke()方法(也就是执行目标方法)

  2. 实现接口的invoke()方法,该方法用于对目标方法的增强处理,比如记录日志等。该方法的返回值就是代理对象执行目标方法的返回值。具体参数:

    proxy 动态生成的代理对象

    method 目标方法的实例

    args 目标方法的参数

测试方法:

public static void main(String[] args) {
    Moveable move =  (Moveable) Proxy.newProxyInstance(Car.class.getClassLoader(), Car.class.getInterfaces(), new LogHandler(new Car()));
    
    System.out.println("代理对象:"+move.getClass().getName());
    System.out.println("执行方法:"+move.move());
}

通过调用Proxy.newProxyInstance方法生成代理对象,具体参数有:

  1. loader 目标类的类加载器
  2. interfaces 目标类实现的接口
  3. InvocationHandler 调用处理程序的实现对象

打印结果

代理对象:com.sun.proxy.$Proxy0
执行方法:汽车行驶中

值得一提的是,JDK动态代理针对每个代理对象都会有一个关联的调用处理程序,即实现InvocationHandler接口。当在代理对象上调用目标方法时,将对方法调用进行编码并将其分配给其实现 InvocationHandler 接口的 invoke 方法。

特点

JDK的动态代理只能代理实现了接口的类, 没有实现接口的类不能实现动态代理。

cglib的动态代理

引用cglib的依赖包

<dependency>
    <groupId>cglib</groupId>
    <artifactId>cglib-nodep</artifactId>
    <version>2.2</version>
</dependency>

为了方便思考它的原理,我把执行步骤按顺序写下

    public static void main(String[] args) {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        //设置父类,被代理类(这里是Car.class)
        enhancer.setSuperclass(Car.class);
        //设置回调函数
        enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
            @Override
            public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
                //增强处理...
                Object o= proxy.invokeSuper(obj, args);//代理类调用父类的方法
                //增强处理...
                return o;
            }
        });
        //创建代理类并使用回调(用父类Car去引用)
        Car car = (Car) enhancer.create();
        //执行目标方法
        System.out.println(car.move());
    }

方法拦截器

实现MethodInterceptor接口的intercept方法后,所有生成的代理方法都调用这个方法。

intercept方法的具体参数有

  1. obj 目标类的实例
  2. method 目标方法实例(通过反射获取的目标方法实例)
  3. args 目标方法的参数
  4. proxy 代理类的实例

该方法的返回值就是目标方法的返回值。

特点

  1. cglib的动态代理是针对类来实现代理。
  2. 对指定目标类产生一个子类,通过方法拦截技术拦截所有父类方法的调用。
  3. 因为是通过继承实现,final类无法使用。

三:手写JDK动态代理源码

从上面可以看到JDK动态代理的核心代码在于Proxy.newProxyInstance方法。

Moveable m = (Moveable)Proxy.newProxyInstance(Car.class,new InvocationHandler());

实现原理

  1. 声明一段源码,源码动态产生动态代理
  2. 源码产生java文件,对java文件进行编译
  3. 得到编译生成后的class文件
  4. 把class文件load到内存之中,产生代理类对象返回即可。

下面附我手写的源码!

生产代理对象类,核心类!难点,思路都在这里~

public class Proxy {

    /**
     * 生产代理对象
     * @param clazz
     * @param h
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static Object newProxyInstance(Class clazz,InvocationHandler h) throws Exception{
        //代理类类名
        String cname = clazz.getName().substring(clazz.getName().lastIndexOf(".")+1) + "$Proxy0";
        //手写代理类源码
        StringBuilder source = getSource(clazz, h, cname);
        //产生代理类的java文件
        String filename = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("").getPath()
                + clazz.getPackage().getName().replaceAll("\\.", "/") +"/"+cname+".java";
        System.out.println(filename);
        //把源码写入到文件中
        File file = new File(filename);
        FileUtil.writeStringToFile(file, source.toString());
        //编译
        //拿到编译器
        JavaCompiler complier = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
        //文件管理者
        StandardJavaFileManager fileMgr =
                complier.getStandardFileManager(null, null, null);
        //获取文件
        Iterable units = fileMgr.getJavaFileObjects(filename);
        //编译任务
        CompilationTask t = complier.getTask(null, fileMgr, null, null, null, units);
        //进行编译
        t.call();
        fileMgr.close();
        //load 到内存
        ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        Class<?> c = cl.loadClass(clazz.getPackage().getName() + "."+cname);
        //获取构造函数Constructor
        Constructor<?> ctr = c.getConstructor(h.getClass());
        return ctr.newInstance(h);
    }

    /**
     * 手写代理类源码
     * @param clazz
     * @param h
     * @param cname
     * @return
     */
    private static StringBuilder getSource(Class clazz, InvocationHandler h, String cname) {
        //调用处理接口
        String handler = h.getClass().getName();
        //换行符号
        String line = "\r\n";
        String space = " ";
        //代理类源码
        StringBuilder source = new StringBuilder();
        //包声明
        source.append("package" + space + clazz.getPackage().getName() + ";").append(line);
        //获取类的名称
        source.append(Modifier.toString(clazz.getModifiers()) + space + "class" + space + cname + space);
        //继承接口
        source.append("implements" + space);
        Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
        for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
            source.append(interfaces[i].getName());
            if (i != interfaces.length - 1) {
                source.append(",");
            }
        }
        source.append("{").append(line);
        //声明变量
        source.append("private " + handler + " h;").append(line);
        //构造方法
        source.append("public " + cname + "(" + handler + " h){").append(line);
        source.append("this.h=h;").append(line).append("}").append(line);
        //实现所有方法
        Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods) {
            //获取方法返回类型
            Class returnType = method.getReturnType();
            //获取方法上的所有注释
            Annotation[] annotations = method.getDeclaredAnnotations();
            for (Annotation annotation : annotations) {
                //打印注释类型
                source.append("@" + annotation.annotationType().getName()).append(line);
            }
            //打印方法声明
            source.append(Modifier.toString(method.getModifiers()) + " " + returnType.getName() + " " + method.getName() + "(");
            //获取方法的所有参数
            Parameter[] parameters = method.getParameters();
            //参数字符串
            StringBuilder args = new StringBuilder();
            for (int i = 0; i < parameters.length; i++) {
                //参数的类型,形参(全是arg123..)
                source.append(parameters[i].getType().getName() + " " + parameters[i].getName());
                args.append(parameters[i].getName());
                if (i != parameters.length - 1) {
                    source.append(",");
                    args.append(",");
                }
            }
            source.append("){").append(line);
            //方法逻辑
            source.append("Object obj=null; \n try {").append(line);
            source.append("Class[] args = new Class[]{" + args + "};").append(line);
            source.append(Method.class.getName()+" method = " + clazz.getName() + ".class.getMethod(\"" + method.getName() + "\",args);").append(line);
            source.append("obj = h.invoke(this,method,args);").append(line);
            source.append("} catch (Exception e) {\n" + "e.printStackTrace();\n" + "}catch (Throwable throwable) {\n" +
                    "throwable.printStackTrace();\n" + "}").append(line);
            //方法结束
            source.append("return (obj!=null)?("+returnType.getName()+")obj:null;\n}").append(line);
        }
        //类结束
        source.append("}");
        return source;
    }


}

单元测试

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Moveable m = (Moveable) Proxy.newProxyInstance(Car.class, new TimeHandler(new Car()));
        String s = m.move();
        System.out.println(s);
    }

测试结果

/D:/IDEA/workSpace/myJdkProxy/target/classes/cn/zyzpp/client/Car$Proxy0.java
开始记录时间
汽车行驶中....
耗时:481毫秒!
success

我只测试了部分,有bug在所难免啦~~~!项目地址:Gitee

本文已授权“后端技术精选”独家发布。

作者:像风一样i