Java的动态代理-浅析

什么是代理模式?

代理模式的作用是:为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

什么是动态代理?

Java的java.lang.reflect包中有自己的代理支持,利用这个包你可以在运行时动态地创建一个代理类,实现一个或者多个接口,并将方法的调用转发到你所指定的类。因为实际的代理类是运行时创建的,所以称这个Java技术为:动态代理。

为什么需要使用动态代理?

因为传统的代理方式见下图,每次都要自己创建一个实现代理对象的接口的类,当需要很多这样的需求的时候,就会发现这会变得非常复杂。


传统代理模式.png

然后,自然而然的,作为一个程序员,当然要创建一个东西来很好地实现解决这个问题。然后就有了Java内置的动态代理。见下图。通过反射来在运行时,动态地创建想对应的代理对象。


Java动态代理方式.png

示例代码

/**
 * 抽象主题
 */
public interface Subject {

    /**
     * 声明抽象请求方法
     */
    void request();

}
/**
 * 真实主题
 */
public class RealSubject implements Subject {

    /**
     * 实现请求方法
     */
    @Override
    public void request() {
        System.out.println("Request.");
    }

}
/**
 * 代理主题
 */
public class ProxySubject implements Subject {

    /**
     * 被代理对象
     */
    private RealSubject realSubject;

    /**
     * 通过被代理对象访问方法
     */
    @Override
    public void request() {
        System.out.println("Start.");
        if (realSubject == null) {
            realSubject = new RealSubject();
        }
        realSubject.request();
        System.out.println("End.");
    }

}
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Subject subject = new ProxySubject();
        subject.request();
    }

}

这里就可以发现使用了代理之后,就可以对原来的主题中的request方法的调用之前和调用之后,都进行相应的行为。其实有点类似于Spring中AOP的意思,和装饰器模式也有点像(都实现了想要代理或者想要装饰的对象的接口)。

但是代理模式的目的是实现访问控制之类的,而装饰器其实更多的是为了改变对象的行为。

动态代理代码

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;

public class LogInvocationHandler implements InvocationHandler {

    /**
     * 被代理对象
     */
    private Object obj;

    public LogInvocationHandler(Object obj) {
        this.obj = obj;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
            throws Throwable {
        System.out.println("Start.");
        method.invoke(obj, args);
        System.out.println("End.");
        return null;
    }

}
import java.lang.reflect.Proxy;

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        //为了获得动态的代理文件        
        System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
        Subject subject = new RealSubject();
        // 使用 Proxy.newProxyInstance 方法生成代理对象
        Subject proxy = (Subject) Proxy.newProxyInstance(subject.getClass()
                .getClassLoader(), subject.getClass().getInterfaces(),
                new LogInvocationHandler(subject));
        System.out.println("自动生成代理类:" + proxy.getClass().getName());
        proxy.request();

    }

}

如果使用了动态代理的话,那么原来的代理的实现就不需要了,可以有Proxy.newProxyInstance()这个静态方法来动态的生成。但是也是要注意用法,这里需要一个实现了InvocationHandler接口的类。

注意这里动态生成的代理对象继承的Proxy类,然后实现的是给予的接口,所以这里才能够将这个对象转化为Subject对象。这里是必须转化的,不然会出现一个错误就是返回的对象是一个Object类型的。

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h) throws IllegalArgumentException

无论调用是代理类的哪一个方法,最后都会去调用InvocationHandlerinvoke方法。

理解

到底是怎么通过反射来生成的相对应的代理类的?

网上找了很多资料看这个问题,但是只发现涉及到的知识点有安全机制,缓存,反射,还有很多很多东西,只能看最外层的API大致了解一下了。

/**
     * 返回一个指定接口的代理类实例,将方法调用指派到指定的调用处理程序。
     */
    public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
            Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)
            throws IllegalArgumentException {

        if (h == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        /*
         * 调用 getProxyClass 方法查找或生成指定代理类。
            用到查找是因为这里内部是有缓存的,用一个Map来维护。
            当发现有重复是直接就可以取出来的。
            使用类加载器和传入的接口数组(因为可能这个subject会实现多个接口)。
            最后就可以得到代理类的Class。
            通过下面的代码也可以知道这个Class的构造函数,
            是需要一个**InvocationHandler**的引用的。
         */

        Class<?> cl = getProxyClass(loader, interfaces);

        /*
         * 调用构造方法传入构造管理器生成代理类实例。
         */
        try {
            // constructorParams = { InvocationHandler.class };
            Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            // 生成实例
            return cons.newInstance(new Object[] { h });
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new InternalError(e.toString());
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new InternalError(e.toString());
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new InternalError(e.toString());
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw new InternalError(e.toString());
        }
    }

为什么最后无论调用哪一个方法都会去调用InvocationHandlerinvoke方法?

其实这个东西看过动态生成的类就会比较清晰。

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//

package com.sun.proxy;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;

public final class $Proxy0 extends Proxy implements Subject {
    private static Method m1;
    private static Method m2;
    private static Method m3;
    private static Method m0;

    public $Proxy0(InvocationHandler var1) throws  {
        super(var1);
    }

    public final boolean equals(Object var1) throws  {
        try {
            return ((Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[]{var1})).booleanValue();
        } catch (RuntimeException | Error var3) {
            throw var3;
        } catch (Throwable var4) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var4);
        }
    }

    public final String toString() throws  {
        try {
            return (String)super.h.invoke(this, m2, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    public final void request() throws  {
        try {
            super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    public final int hashCode() throws  {
        try {
            return ((Integer)super.h.invoke(this, m0, (Object[])null)).intValue();
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    static {
        try {
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[]{Class.forName("java.lang.Object")});
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
            m3 = Class.forName("Subject").getMethod("request", new Class[0]);
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
        } catch (NoSuchMethodException var2) {
            throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());
        } catch (ClassNotFoundException var3) {
            throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());
        }
    }
}

这里可以看到使用Java动态代理生成的类,其实传统的实现原理都是一样的。就是覆盖了主题(Subject)接口中的相应方法,然后调用的是super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);,虽然这个例子只是写了一个方法,但是可以想象到的时,其实所有的方法都是这个逻辑,都调用了invoke方法,不同的只是传递过去的函数名字是不同的。

m3代表的是request,因为request是一个无参方法,所以有(Object[])null

疑惑

之前也看到了动态生成的类的源代码,但是当我在Client中对proxy.request()单步调试进入这句话的时候,并没有出现和进入proxy的源代码中,也就是说并没有super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);这句话的显示并让我进入,而是直接让我进入了InvocationHandler,理论上不应该呀,那个对象应该已经存在内存中了呀?!!还有待进一步加深理解。

最后:

Java1.8的源码比之前的都要复杂的多,如果1.8的看不懂的话,可以先理解一下1.7的版本。

参考:
java代理模式(proxy)及动态代理的源码分析(讲的Java1.8的源码)
Java API 源码阅读:动态代理(Dynamic Proxy)(讲的1.7,大量引用了例子)
JDK源码分析——动态代理源码(Proxy类)
JDK动态代理实现原理
Java的动态代理(dynamic proxy)

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