java代理模式AOP(静态代理,动态代理) (转)

所谓代理模式,是指客户端(Client)并不直接调用实际的对象(下图右下角的RealSubject),而是通过调用代理(Proxy),来间接的调用实际的对象。

代理模式的使用场合,一般是由于客户端不想直接访问实际对象,或者访问实际的对象存在技术上的障碍,因而通过代理对象作为桥梁,来完成间接访问。

实现方式一:静态代理

开发一个接口IDeveloper,该接口包含一个方法writeCode,写代码。

public interface IDeveloper {

     public void writeCode();

}

创建一个Developer类,实现该接口。

public class Developer implements IDeveloper{
    private String name;
    public Developer(String name){
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void writeCode() {
        System.out.println("Developer " + name + " writes code");
    }
}

测试代码:创建一个Developer实例,名叫Jerry,去写代码!

public class DeveloperTest {
    public static void main(String[] args) {
        IDeveloper jerry = new Developer("Jerry");
        jerry.writeCode();
    }
}

现在问题来了。Jerry的项目经理对Jerry光写代码,而不维护任何的文档很不满。假设哪天Jerry休假去了,其他的程序员来接替Jerry的工作,对着陌生的代码一脸问号。经全组讨论决定,每个开发人员写代码时,必须同步更新文档。

为了强迫每个程序员在开发时记着写文档,而又不影响大家写代码这个动作本身, 我们不修改原来的Developer类,而是创建了一个新的类,同样实现IDeveloper接口。这个新类DeveloperProxy内部维护了一个成员变量,指向原始的IDeveloper实例:

public class DeveloperProxy implements IDeveloper{
    private IDeveloper developer;
    public DeveloperProxy(IDeveloper developer){
        this.developer = developer;
    }
    @Override
    public void writeCode() {
        System.out.println("Write documentation...");
        this.developer.writeCode();
    }
}

这个代理类实现的writeCode方法里,在调用实际程序员writeCode方法之前,加上一个写文档的调用,这样就确保了程序员写代码时都伴随着文档更新。

静态代理方式的优点

  1. 易于理解和实现

  2. 代理类和真实类的关系是编译期静态决定的,和下文马上要介绍的动态代理比较起来,执行时没有任何额外开销。

静态代理方式的缺点

每一个真实类都需要一个创建新的代理类。还是以上述文档更新为例,假设老板对测试工程师也提出了新的要求,让测试工程师每次测出bug时,也要及时更新对应的测试文档。那么采用静态代理的方式,测试工程师的实现类ITester也得创建一个对应的ITesterProxy类。


public interface ITester {
    public void doTesting();
}
Original tester implementation class:
public class Tester implements ITester {
    private String name;
    public Tester(String name){
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void doTesting() {
        System.out.println("Tester " + name + " is testing code");
    }
}
public class TesterProxy implements ITester{
    private ITester tester;
    public TesterProxy(ITester tester){
        this.tester = tester;
    }
    @Override
    public void doTesting() {
        System.out.println("Tester is preparing test documentation...");
        tester.doTesting();
    }
}

正是因为有了静态代码方式的这个缺点,才诞生了Java的动态代理实现方式。

Java动态代理实现方式一:InvocationHandler

jdk动态代理是jre提供给我们的类库,可以直接使用,不依赖第三方。先看下jdk动态代理的使用代码,再理解原理。

首先有个“明星”接口类,有唱、跳两个功能:

package proxy;

public interface Star
{
    String sing(String name);
    
    String dance(String name);
}

再有个明星实现类“刘德华”:

package proxy;

public class LiuDeHua implements Star{ 

    @Override 
    public String sing(String name){ 
            System.out.println("给我一杯忘情水"); 
            return "唱完" ; 
    } 
    
    @Override 
    public String dance(String name){ 
            System.out.println("开心的马骝"); 
            return "跳完" ; 
    } 
}

明星演出前需要有人收钱,由于要准备演出,自己不做这个工作,一般交给一个经纪人。便于理解,它的名字以Proxy结尾,但他不是代理类,原因是它没有实现我们的明星接口,无法对外服务,它仅仅是一个wrapper。

package proxy; 
import java.lang.reflect.InvocationHandler; 
import java.lang.reflect.Method; 
import java.lang.reflect.Proxy; 
public class StarProxy implements InvocationHandler{ // 目标类,也就是被代理对象 
    private Object target; 
    
    public void setTarget(Object target){ 
        this.target = target; 
    } 
    @Override 
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable{ // 这里可以做增强 
        System.out.println("收钱");
        Object result = method.invoke(target, args); 
        return result; 
    } // 生成代理类 
    public Object CreatProxyedObj(){ 
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(), target.getClass().getInterfaces(), this);
    } 
}

上述例子中,方法CreatProxyedObj返回的对象才是我们的代理类,它需要三个参数,前两个参数的意思是在同一个classloader下通过接口创建出一个对象,该对象需要一个属性,也就是第三个参数,它是一个InvocationHandler。需要注意的是这个CreatProxyedObj方法不一定非得在我们的StarProxy类中,往往放在一个工厂类中。上述代理的代码使用过程一般如下:

1、new一个目标对象

2、new一个InvocationHandler,将目标对象set进去

3、通过CreatProxyedObj创建代理对象,强转为目标对象的接口类型即可使用,实际上生成的代理对象实现了目标接口。

 Star ldh = new LiuDeHua(); 
StarProxy proxy = new StarProxy(); 
proxy.setTarget(ldh); 
Object obj = proxy.CreatProxyedObj(); 
Star star = (Star)obj;

Proxy(jdk类库提供)根据B的接口生成一个实现类,我们成为C,它就是动态代理类(该类型是 $Proxy+数字 的“新的类型”)。生成过程是:由于拿到了接口,便可以获知接口的所有信息(主要是方法的定义),也就能声明一个新的类型去实现该接口的所有方法,这些方法显然都是“虚”的,它调用另一个对象的方法。当然这个被调用的对象不能是对象B,如果是对象B,我们就没法增强了,等于饶了一圈又回来了。

所以它调用的是B的包装类,这个包装类需要我们来实现,但是jdk给出了约束,它必须实现InvocationHandler,上述例子中就是StarProxy, 这个接口里面有个方法,它是所有Target的所有方法的调用入口(invoke),调用之前我们可以加自己的代码增强。

看下我们的实现,我们在InvocationHandler里调用了对象B(target)的方法,调用之前增强了B的方法。

 @Override 
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable{ 
        // 这里增强 System.out.println("收钱"); 
        Object result = method.invoke(target, args); 
        return result; 
}

所以可以这么认为C代理了InvocationHandler,InvocationHandler代理了我们的类B,两级代理。

整个JDK动态代理的秘密也就这些,简单一句话,动态代理就是要生成一个包装类对象,由于代理的对象是动态的,所以叫动态代理。由于我们需要增强,这个增强是需要留给开发人员开发代码的,因此代理类不能直接包含被代理对象,而是一个InvocationHandler,该InvocationHandler包含被代理对象,并负责分发请求给被代理对象,分发前后均可以做增强。从原理可以看出,JDK动态代理是“对象”的代理。

下面看下动态代理类到底如何调用的InvocationHandler的,为什么InvocationHandler的一个invoke方法能为分发target的所有方法。C中的部分代码示例如下,通过反编译生成后的代码查看,摘自链接地址。Proxy创造的C是自己(Proxy)的子类,且实现了B的接口,一般都是这么修饰的:

public final class XXX extends Proxy implements XXX

一个方法代码如下:

 public final String SayHello(String paramString){ 
    try { 
        return (String)this.h.invoke(this, m4, new Object[] { paramString }); 
    } catch (Error|RuntimeException localError) {
        throw localError; 
    } catch (Throwable localThrowable) { 
        throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); 
    }
}

可以看到,C中的方法全部通过调用h实现,其中h就是InvocationHandler,是我们在生成C时传递的第三个参数。这里还有个关键就是SayHello方法(业务方法)跟调用invoke方法时传递的参数m4一定要是一一对应的,但是这些对我们来说都是透明的,由Proxy在newProxyInstance时保证的。留心看到C在invoke时把自己this传递了过去,InvocationHandler的invoke的第一个方法也就是我们的动态代理实例类,业务上有需要就可以使用它。(所以千万不要在invoke方法里把请求分发给第一个参数,否则很明显就死循环了)

C类中有B中所有方法的成员变量

  private static Method m1;
  private static Method m3;
  private static Method m4;
  private static Method m2;
  private static Method m0;

这些变量在static静态代码块初始化,这些变量是在调用invocationhander时必要的入参,也让我们依稀看到Proxy在生成C时留下的痕迹。

static { 
    try { 
    m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") }); 
    m3 = Class.forName("jiankunking.Subject").getMethod("SayGoodBye", new Class[0]); 
    m4 = Class.forName("jiankunking.Subject").getMethod("SayHello", new Class[] { Class.forName("java.lang.String")}); 
    m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]); 
    m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]); return; } 
   catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException) {
        throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage()); }
   catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException) {
        throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage()); } 
    }

从以上分析来看,要想彻底理解一个东西,再多的理论不如看源码,底层的原理非常重要。

jdk动态代理类图如下

image

Java动态代理实现方式二:cglib动态代理

我们了解到,“代理”的目的是构造一个和被代理的对象有同样行为的对象,一个对象的行为是在类中定义的,对象只是类的实例。所以构造代理,不一定非得通过持有、包装对象这一种方式。

通过“继承”可以继承父类所有的公开方法,然后可以重写这些方法,在重写时对这些方法增强,这就是cglib的思想。根据里氏代换原则(LSP),父类需要出现的地方,子类可以出现,所以cglib实现的代理也是可以被正常使用的。

先看下代码

package proxy; 
import java.lang.reflect.Method; 
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer; 
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor; 
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy; 
public class CglibProxy implements MethodInterceptor{ 
    // 根据一个类型产生代理类,此方法不要求一定放在MethodInterceptor中 
    public Object CreatProxyedObj(Class<?> clazz){ 
        Enhancer enhancer = new Enhancer(); 
        enhancer.setSuperclass(clazz); 
        enhancer.setCallback(this); 
        return enhancer.create(); } 
    @Override 
    public Object intercept(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2, MethodProxy arg3) throws Throwable{ 
        // 这里增强               
        System.out.println("收钱"); 
        return arg3.invokeSuper(arg0, arg2); 
    } 
}

从代码可以看出,它和jdk动态代理有所不同,对外表现上看CreatProxyedObj,它只需要一个类型clazz就可以产生一个代理对象, 所以说是“类的代理”,且创造的对象通过打印类型发现也是一个新的类型。不同于jdk动态代理,jdk动态代理要求对象必须实现接口(三个参数的第二个参数),cglib对此没有要求。

cglib的原理是这样,它生成一个继承B的类型C(代理类),这个代理类持有一个MethodInterceptor,我们setCallback时传入的。 C重写所有B中的方法(方法名一致),然后在C中,构建名叫“CGLIB”+“父类方法名”的方法(下面叫cglib方法,所有非private的方法都会被构建),方法体里只有一句话super.方法名(),可以简单的认为保持了对父类方法的一个引用,方便调用。

这样的话,C中就有了重写方法、cglib方法、父类方法(不可见),还有一个统一的拦截方法(增强方法intercept)。其中重写方法和cglib方法肯定是有映射关系的。

C的重写方法是外界调用的入口(LSP原则),它调用MethodInterceptor的intercept方法,调用时会传递四个参数,第一个参数传递的是this,代表代理类本身,第二个参数标示拦截的方法,第三个参数是入参,第四个参数是cglib方法,intercept方法完成增强后,我们调用cglib方法间接调用父类方法完成整个方法链的调用。

这里有个疑问就是intercept的四个参数,为什么我们使用的是arg3而不是arg1?


 @Override
 public Object intercept(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2, MethodProxy arg3) throws Throwable{ 
        System.out.println("收钱");
       return arg3.invokeSuper(arg0, arg2);
 }



因为如果我们通过反射 arg1.invoke(arg0, ...)这种方式是无法调用到父类的方法的,子类有方法重写,隐藏了父类的方法,父类的方法已经不可见,如果硬调arg1.invoke(arg0, ...)很明显会死循环。

所以调用的是cglib开头的方法,但是,我们使用arg3也不是简单的invoke,而是用的invokeSuper方法,这是因为cglib采用了fastclass机制,不仅巧妙的避开了调不到父类方法的问题,还加速了方法的调用。

fastclass基本原理是,给每个方法编号,通过编号找到方法执行避免了通过反射调用。

对比JDK动态代理,cglib依然需要一个第三者分发请求,只不过jdk动态代理分发给了目标对象,cglib最终分发给了自己,通过给method编号完成调用。cglib是继承的极致发挥,本身还是很简单的,只是fastclass需要另行理解。

测试


 public static void main(String[] args){ 
 int times = 1000000; 
 Star ldh = new LiuDeHua(); 
 StarProxy proxy = new StarProxy(); 
 proxy.setTarget(ldh);
 
 long time1 = System.currentTimeMillis(); 
 Star star = (Star)proxy.CreatProxyedObj(); 
 long time2 = System.currentTimeMillis(); 
 System.out.println("jdk创建时间:" + (time2 - time1)); 
 
 CglibProxy proxy2 = new CglibProxy(); 
 long time5 = System.currentTimeMillis(); 
 Star star2 = (Star)proxy2.CreatProxyedObj(LiuDeHua.class); 
 long time6 = System.currentTimeMillis(); 
 System.out.println("cglib创建时间:" + (time6 - time5)); 
 long time3 = System.currentTimeMillis(); 
 
 for (int i = 1; i <= times; i++) {
 
    star.sing("ss"); star.dance("ss"); 
 } 
 long time4 = System.currentTimeMillis(); 
 System.out.println("jdk执行时间" + (time4 - time3)); 
 long time7 = System.currentTimeMillis();
 
 for (int i = 1; i <= times; i++) {
 
    star2.sing("ss"); 
    star2.dance("ss"); 
 } 
 long time8 = System.currentTimeMillis(); 
 System.out.println("cglib执行时间" + (time8 - time7)); 
}


经测试,jdk创建对象的速度远大于cglib,这是由于cglib创建对象时需要操作字节码。cglib执行速度略大于jdk,所以比较适合单例模式。另外由于CGLIB的大部分类是直接对Java字节码进行操作,这样生成的类会在Java的永久堆中。如果动态代理操作过多,容易造成永久堆满,触发OutOfMemory异常。spring默认使用jdk动态代理,如果类没有接口,则使用cglib。

原博客:https://my.oschina.net/u/3771578/blog/2249801
作者:远举高飞
原博客:https://blog.csdn.net/flyfeifei66/article/details/81481222

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