Java学习:Java动态代理(jdk)

背景:学习spring的AOP或者EasyMock的源码时,需要对java的动态代理有深刻的了解

关于cglib的动态代理实现可以参考:
Java动态代理(cglib)

java中可以通过jdk中的java.lang.reflect.Proxy类来实现动态代理,但是我们需要先了解下什么是代理模式和静态代理

1.代理模式简介、目的,以及静态代理简介
代理模式构成要素通常是1个接口Subject,2个类RealSubject、Proxy,通用的类图如下:


范例代码如下:

  • Subject接口
public interface Subject {
    void play();

    void upgrade(Integer level);

    void rest();
}
  • RealSubject类
public class RealSubject implements Subject {
    @Override
    public void play() {
        System.out.println("the client is playing");
    }

    @Override
    public void upgrade(Integer level) {
        System.out.println("the client is upgrading");
    }

    @Override
    public void rest() {
        System.out.println("the client is resting");
    }
}
  • Proxy类
public class ProxySubject implements Subject {

    private Subject proxied = null;

    /**
     * bind the proxied object
     *
     * @param client
     */
    public ProxySubject(Subject client) {
        this.proxied = client;
    }

    @Override
    public void play() {
        // do something before play
        System.out.println("before the client is playing");
        this.proxied.play();
        System.out.println("after the client is playing");
        // do something after play
    }

    @Override
    public void upgrade(Integer level) {
        // do something before upgrade
        System.out.println("before the client is upgrading");
        this.proxied.upgrade(level);
        System.out.println("before the client is upgrading");
        // do something after upgrade
    }

    @Override
    public void rest() {
        // do something before rest
        System.out.println("before the client is resting");
        this.proxied.rest();
        System.out.println("before the client is resting");
        // do something after rest
    }
}
  • 调用代码:
public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        ProxySubject proxy = new ProxySubject(new RealSubject());
        proxy.play();
        proxy.rest();
        proxy.upgrade(1);
    }
}
  • 运行结果:

代理模式就是当我们对RealSubject的行为进行增强,但是我们又不希望直接修改RealSubject的代码而给出的一种无侵入式方案

1.代理模式讲清楚了,那么什么是静态代理?
当我们对一个RealSubject类进行强化时,写一个代理类Proxy就可以了,这就是静态代理。
2.为什么要有动态代理?
但是如果我们需要对成千上万个RealSubject类进行强化时,是不可能去写这么多代理类的,会造成项目代码量暴增,代码难于管理,这时候就需要动态代理了

动态代理的含义:在jvm中动态创建一个Proxy类,使用完之后,立即销毁Proxy类,你在项目代码中是看不到这个Proxy类的源码的

2.如何实现动态代理?
动态代理的原理就是:在jvm的运行时动态创建一个类,并实例化

  • 在java中,创建一个类的流程如下:

1.source经过编译变成.class文件
2.java应用在启动时,通过类加载器(ClassLoader)加载.class文件到jvm中并转换为对应的class类实例
3.通过class类实例new一个对象

这里"class类实例"指的是public final class Class<T>的实例,详情请见jdk源码

动态代理希望能省略source编译成.class文件的过程,在runtime中直接生成.class文件并通过自定义ClassLoader加载.class文件到jvm,后续的流程和正常类加载流程没有区别

  • 有哪些方法可以在运行时的代码中生成二进制字节码?
    Java字节码生成开源框架:JavaAssist和ASM(可以单开一文来讲这2个框架是如何使用的)

JavaAssist和ASM相当于通过编写java代码生成class文件,当需要生成的class文件业务逻辑较复杂时,需要编写的java代码量较大,难于规模应用,那么我们java当前是通过什么方式实现动态代理的?

3.jdk的动态代理
jdk的动态代理实现中,相对于代理模式通用的Subject,RealSubject,Proxy,还多了一个InvocationHandler接口,它的用途是:
当Proxy需要调用RealSubject的方法时,不再直接调用,而是将方法对应的Method变量和RealSubject实例传入InvocationHandler,由InvocationHandler来负责调用,并由InvocationHandler对方法调用进行增强

InvocationHandler的加入有什么好处?
我们思考这样一种场景,RealSubject有20个方法,现在需要对这20个方法做同样的强化逻辑,原本的经典代理模式是怎么做的?需要重复写20次强化逻辑代码

有了InvocationHandler之后,我们在Proxy的方法重写处调用InvocationHandler的invoke方法,强化逻辑都是在invoke方法中实现

4.jdk动态代理范例代码

  • Subject和RealSubject代码不变,只是Proxy类不用再手动去写,而是通过Proxy.newProxyInstance()的方法去实现
  • InvocationHanlder实现:
public class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {

    private RealSubject subject = null;

    public MyInvocationHandler(RealSubject subject) {
        this.subject = subject;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

        System.out.println("before the method is invoked");

        if (method.getName().equals("upgrade")) {
            method.invoke(this.subject, args);
        } else {
            method.invoke(this.subject, null);
        }

        System.out.println("after the method is invoked");

        return null;
    }
}
  • 测试代码:
public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        RealSubject subject = new RealSubject();

        // 生成InvocationHandler实例
        MyInvocationHandler h = new MyInvocationHandler(subject);

        // 获取被代理对象实现的接口列表
        Class[] interfaces = subject.getClass().getInterfaces();

        // 获取被代理对象的classloader
        ClassLoader classLoader = subject.getClass().getClassLoader();

        Subject proxy = (Subject) Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, h);

        proxy.play();

        proxy.rest();

        proxy.upgrade(1);
    }
}

其中Proxy.newProxyInstance(classLoader,interfaces,h)实现了创建Proxy类的功能

可以看到,jdk的动态代理,是对接口中定义方法的强化,如果要直接实现对某个类的强化,而这个类又没有实现任何接口,就需要借助cglib了
这跟newProxyInstance的实现有关系,newProxyInstance的参数是:classLoader,interfaces,h,可以理解是这个方法是基于interfaces去创建的动态代理,如果我们能够在Proxy类中新建一个创建动态代理的方法,用realSubject作为参数,基于realSubject去创建代理类,那么我们也就在jdk中实现了对具体某个类的动态代理实现

下面的代码是对上面测试代码的修改,动态代理的创建完全跟RealSubject这个类没有关系了,也可以看出来jdk的基于接口的动态代理的含义了:

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        Subject subject = new Subject() {
            @Override
            public void play() {

            }

            @Override
            public void upgrade(Integer level) {

            }

            @Override
            public void rest() {

            }
        };

        // 生成InvocationHandler实例
        MyInvocationHandler h = new MyInvocationHandler(subject);

        // 获取被代理对象实现的接口列表
        Class[] interfaces = new Class[]{Subject.class};

        // 获取被代理对象的classloader
        ClassLoader classLoader = subject.getClass().getClassLoader();

        Subject proxy = (Subject) Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, h);

        proxy.play();

        proxy.rest();

        proxy.upgrade(1);
}
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