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Java動(dòng)態(tài)代理

本文主要介紹Java中兩種常見的動(dòng)態(tài)代理方式：JDK原生動(dòng)態(tài)代理和CGLIB動(dòng)態(tài)代理。

什么是代理模式

就是為其他對(duì)象提供一種代理以控制對(duì)這個(gè)對(duì)象的訪問。代理可以在不改動(dòng)目標(biāo)對(duì)象的基礎(chǔ)上，增加其他額外的功能（擴(kuò)展功能）。

代理模式角色分為 3 種：

Subject（抽象主題角色）：定義代理類和真實(shí)主題的公共對(duì)外方法，也是代理類代理真實(shí)主題的方法；
RealSubject（真實(shí)主題角色）：真正實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的類；
Proxy（代理主題角色）：用來代理和封裝真實(shí)主題；

如果根據(jù)字節(jié)碼的創(chuàng)建時(shí)機(jī)來分類，可以分為靜態(tài)代理和動(dòng)態(tài)代理：

所謂靜態(tài)也就是在程序運(yùn)行前就已經(jīng)存在代理類的字節(jié)碼文件，代理類和真實(shí)主題角色的關(guān)系在運(yùn)行前就確定了。
而動(dòng)態(tài)代理的源碼是在程序運(yùn)行期間由JVM根據(jù)反射等機(jī)制動(dòng)態(tài)的生成，所以在運(yùn)行前并不存在代理類的字節(jié)碼文件

靜態(tài)代理

學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)代理前，有必要來學(xué)習(xí)一下靜態(tài)代理。

靜態(tài)代理在使用時(shí),需要定義接口或者父類,被代理對(duì)象（目標(biāo)對(duì)象）與代理對(duì)象（Proxy）一起實(shí)現(xiàn)相同的接口或者是繼承相同父類。

來看一個(gè)例子，模擬小貓走路的時(shí)間。

// 接口
public interface Walkable {
    void walk();
}
 
// 實(shí)現(xiàn)類
public class Cat implements Walkable {
 
    @Override
    public void walk() {
        System.out.println("cat is walking...");
        try {
            Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Java

如果我想知道走路的時(shí)間怎么辦？可以將實(shí)現(xiàn)類Cat修改為：

public class Cat implements Walkable {
 
    @Override
    public void walk() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("cat is walking...");
        try {
            Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("walk time = " + (end - start));
    }
}

Java

這里已經(jīng)侵入了源代碼，如果源代碼是不能改動(dòng)的，這樣寫顯然是不行的，這里可以引入時(shí)間代理類CatTimeProxy。

public class CatTimeProxy implements Walkable {
    private Walkable walkable;
 
    public CatTimeProxy(Walkable walkable) {
        this.walkable = walkable;
    }
 
    @Override
    public void walk() {
        long start = System.currentTimeMillis();
 
        walkable.walk();
 
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Walk time = " + (end - start));
    }
}

Java

如果這時(shí)候還要加上常見的日志功能，我們還需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)日志代理類CatLogProxy。

public class CatLogProxy implements Walkable {
    private Walkable walkable;
 
    public CatLogProxy(Walkable walkable) {
        this.walkable = walkable;
    }
 
    @Override
    public void walk() {
        System.out.println("Cat walk start...");
 
        walkable.walk();
 
        System.out.println("Cat walk end...");
 
    }
}

Java

如果我們需要先記錄日志，再獲取行走時(shí)間，可以在調(diào)用的地方這么做：

public static void main(String[] args) {
    Cat cat = new Cat();
    CatLogProxy p1 = new CatLogProxy(cat);
    CatTimeProxy p2 = new CatTimeProxy(p1);
 
    p2.walk();
}

Java

這樣的話，計(jì)時(shí)是包括打日志的時(shí)間的。

靜態(tài)代理的問題

如果我們需要計(jì)算SDK中100個(gè)方法的運(yùn)行時(shí)間，同樣的代碼至少需要重復(fù)100次，并且創(chuàng)建至少100個(gè)代理類。往小了說，如果Cat類有多個(gè)方法，我們需要知道其他方法的運(yùn)行時(shí)間，同樣的代碼也至少需要重復(fù)多次。因此，靜態(tài)代理至少有以下兩個(gè)局限性問題：

如果同時(shí)代理多個(gè)類，依然會(huì)導(dǎo)致類無限制擴(kuò)展
如果類中有多個(gè)方法，同樣的邏輯需要反復(fù)實(shí)現(xiàn)

所以，我們需要一個(gè)通用的代理類來代理所有的類的所有方法，這就需要用到動(dòng)態(tài)代理技術(shù)。

動(dòng)態(tài)代理

學(xué)習(xí)任何一門技術(shù)，一定要問一問自己，這到底有什么用。其實(shí)，在這篇文章的講解過程中，我們已經(jīng)說出了它的主要用途。你發(fā)現(xiàn)沒，使用動(dòng)態(tài)代理我們居然可以在不改變源碼的情況下，直接在方法中插入自定義邏輯。這有點(diǎn)不太符合我們的一條線走到底的編程邏輯，這種編程模型有一個(gè)專業(yè)名稱叫AOP。所謂的AOP，就像刀一樣，抓住時(shí)機(jī)，趁機(jī)插入。

Jdk動(dòng)態(tài)代理

JDK實(shí)現(xiàn)代理只需要使用newProxyInstance方法,但是該方法需要接收三個(gè)參數(shù):

@CallerSensitive
    public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
                                          Class<?>[] interfaces,
                                          InvocationHandler h)
        throws IllegalArgumentException
    {
        Objects.requireNonNull(h);
 
        final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
        final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
        }
 
        /*
         * Look up or generate the designated proxy class.
         */
        Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
 
        /*
         * Invoke its constructor with the designated invocation handler.
         */
        try {
            if (sm != null) {
                checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
            }
 
            final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            final InvocationHandler ih = h;
            if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
                AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
                    public Void run() {
                        cons.setAccessible(true);
                        return null;
                    }
                });
            }
            return cons.newInstance(new Object[]{h});
        } catch (IllegalAccessException|InstantiationException e) {
            throw new InternalError(e.toString(), e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            Throwable t = e.getCause();
            if (t instanceof RuntimeException) {
                throw (RuntimeException) t;
            } else {
                throw new InternalError(t.toString(), t);
            }
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new InternalError(e.toString(), e);
        }
    }

Java

方法是在Proxy類中是靜態(tài)方法,且接收的三個(gè)參數(shù)依次為:

ClassLoader loader //指定當(dāng)前目標(biāo)對(duì)象使用類加載器
Class<?>[] interfaces //目標(biāo)對(duì)象實(shí)現(xiàn)的接口的類型,使用泛型方式確認(rèn)類型
InvocationHandler h //事件處理器

主要是完成InvocationHandler h的編寫工作。

接口類UserService：

public interface UserService {
 
    public void select();
 
    public void update();
}

Java

接口實(shí)現(xiàn)類，即要代理的類UserServiceImpl：

public class UserServiceImpl implements UserService {
    @Override
    public void select() {
        System.out.println("查詢 selectById");
    }
 
    @Override
    public void update() {
        System.out.println("更新 update");
    }
}

Java

代理類UserServiceProxy：

public class UserServiceProxy implements UserService {
    private UserService target;
 
    public UserServiceProxy(UserService target){
        this.target = target;
    }
 
    @Override
    public void select() {
        before();
        target.select();
        after();
    }
 
    @Override
    public void update() {
        before();
        target.update();
        after();
    }
 
    private void before() {     // 在執(zhí)行方法之前執(zhí)行
        System.out.println(String.format("log start time [%s] ", new Date()));
    }
    private void after() {      // 在執(zhí)行方法之后執(zhí)行
        System.out.println(String.format("log end time [%s] ", new Date()));
    }
}

Java

主程序類：

public class UserServiceProxyJDKMain {
    public static void main(String[] args) {
 
        // 1. 創(chuàng)建被代理的對(duì)象，即UserService的實(shí)現(xiàn)類
        UserServiceImpl userServiceImpl = new UserServiceImpl();
 
        // 2. 獲取對(duì)應(yīng)的classLoader
        ClassLoader classLoader = userServiceImpl.getClass().getClassLoader();
 
        // 3. 獲取所有接口的Class, 這里的userServiceImpl只實(shí)現(xiàn)了一個(gè)接口UserService，
        Class[] interfaces = userServiceImpl.getClass().getInterfaces();
 
        // 4. 創(chuàng)建一個(gè)將傳給代理類的調(diào)用請求處理器，處理所有的代理對(duì)象上的方法調(diào)用
        //     這里創(chuàng)建的是一個(gè)自定義的日志處理器，須傳入實(shí)際的執(zhí)行對(duì)象 userServiceImpl
        InvocationHandler logHandler = new LogHandler(userServiceImpl);
 
        /*
           5.根據(jù)上面提供的信息，創(chuàng)建代理對(duì)象 在這個(gè)過程中，
               a.JDK會(huì)通過根據(jù)傳入的參數(shù)信息動(dòng)態(tài)地在內(nèi)存中創(chuàng)建和.class 文件等同的字節(jié)碼
               b.然后根據(jù)相應(yīng)的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的class，
               c.然后調(diào)用newInstance()創(chuàng)建代理實(shí)例
         */
 
        // 會(huì)動(dòng)態(tài)生成UserServiceProxy代理類，并且用代理對(duì)象實(shí)例化LogHandler，調(diào)用代理對(duì)象的.invoke()方法即可
        UserService proxy = (UserService) Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, logHandler);
 
        // 調(diào)用代理的方法
        proxy.select();
        proxy.update();
 
        // 生成class文件的名稱
        ProxyUtils.generateClassFile(userServiceImpl.getClass(), "UserServiceJDKProxy");
    }
}

Java

這里可以保存下來代理生成的實(shí)現(xiàn)了接口的代理對(duì)象：

public class ProxyUtils {
    /*
     * 將根據(jù)類信息 動(dòng)態(tài)生成的二進(jìn)制字節(jié)碼保存到硬盤中，
     * 默認(rèn)的是clazz目錄下
     * params :clazz 需要生成動(dòng)態(tài)代理類的類
     * proxyName : 為動(dòng)態(tài)生成的代理類的名稱
     */
    public static void generateClassFile(Class clazz, String proxyName) {
 
        //根據(jù)類信息和提供的代理類名稱，生成字節(jié)碼
        byte[] classFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, clazz.getInterfaces());
        String paths = clazz.getResource(".").getPath();
        System.out.println(paths);
        FileOutputStream out = null;
 
        try {
            //保留到硬盤中
            out = new FileOutputStream(paths + proxyName + ".class");
            out.write(classFile);
            out.flush();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                out.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
 
}

Java

動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)過程

通過getProxyClass0()生成代理類。JDK生成的最終真正的代理類，它繼承自Proxy并實(shí)現(xiàn)了我們定義的接口.
通過Proxy.newProxyInstance()生成代理類的實(shí)例對(duì)象，創(chuàng)建對(duì)象時(shí)傳入InvocationHandler類型的實(shí)例。
調(diào)用新實(shí)例的方法，即原InvocationHandler類中的invoke()方法。

代理對(duì)象不需要實(shí)現(xiàn)接口，但是目標(biāo)對(duì)象一定要實(shí)現(xiàn)接口，否則不能用動(dòng)態(tài)代理

Cglib動(dòng)態(tài)代理

JDK的動(dòng)態(tài)代理機(jī)制只能代理實(shí)現(xiàn)了接口的類，而不能實(shí)現(xiàn)接口的類就不能實(shí)現(xiàn)JDK的動(dòng)態(tài)代理，cglib是針對(duì)類來實(shí)現(xiàn)代理的，他的原理是對(duì)指定的目標(biāo)類生成一個(gè)子類，并覆蓋其中方法實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)，但因?yàn)椴捎玫氖抢^承，所以不能對(duì)final修飾的類進(jìn)行代理。

Cglib代理，也叫作子類代理，它是在內(nèi)存中構(gòu)建一個(gè)子類對(duì)象從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象功能的擴(kuò)展。

Cglib子類代理實(shí)現(xiàn)方法:

需要引入cglib的jar文件,但是Spring的核心包中已經(jīng)包括了Cglib功能,所以直接引入Spring-core.jar即可.
引入功能包后,就可以在內(nèi)存中動(dòng)態(tài)構(gòu)建子類
代理的類不能為final,否則報(bào)錯(cuò)
目標(biāo)對(duì)象的方法如果為final/static,那么就不會(huì)被攔截,即不會(huì)執(zhí)行目標(biāo)對(duì)象額外的業(yè)務(wù)方法.

基本使用

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/cglib/cglib -->
<dependency>
    <groupId>cglib</groupId>
    <artifactId>cglib</artifactId>
    <version>2.2</version>
</dependency>

XML

方法攔截器

public class LogInterceptor implements MethodInterceptor{
 
    /*
     * @param o 要進(jìn)行增強(qiáng)的對(duì)象
     * @param method 要攔截的方法
     * @param objects 參數(shù)列表，基本數(shù)據(jù)類型需要傳入其包裝類
     * @param methodProxy 對(duì)方法的代理，
     * @return 執(zhí)行結(jié)果
     * @throws Throwable
     */
    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        before();
        Object result = methodProxy.invokeSuper(o, objects);
        after();
        return result;
 
    }
 
    private void before() {
        System.out.println(String.format("log start time [%s] ", new Date()));
    }
    private void after() {
        System.out.println(String.format("log end time [%s] ", new Date()));
    }
}

Java

測試用例

public class CglibMain {
 
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建Enhancer對(duì)象，類似于JDK動(dòng)態(tài)代理的Proxy類
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        // 設(shè)置目標(biāo)類的字節(jié)碼文件
        enhancer.setSuperclass(UserDao.class);
        // 設(shè)置回調(diào)函數(shù)
        enhancer.setCallback(new LogInterceptor());
        // create會(huì)創(chuàng)建代理類
        UserDao userDao = (UserDao)enhancer.create();
        userDao.update();
        userDao.select();
    }
}

Java

結(jié)果

log start time [Mon Nov 30 17:26:39 CST 2020] 
UserDao 更新 update
log end time [Mon Nov 30 17:26:39 CST 2020] 
log start time [Mon Nov 30 17:26:39 CST 2020] 
UserDao 查詢 selectById
log end time [Mon Nov 30 17:26:39 CST 2020]

JDK動(dòng)態(tài)代理與CGLIB動(dòng)態(tài)代理對(duì)比

JDK 動(dòng)態(tài)代理

為了解決靜態(tài)代理中，生成大量的代理類造成的冗余；
JDK 動(dòng)態(tài)代理只需要實(shí)現(xiàn) InvocationHandler 接口，重寫 invoke 方法便可以完成代理的實(shí)現(xiàn)，
jdk的代理是利用反射生成代理類 Proxyxx.class 代理類字節(jié)碼，并生成對(duì)象
jdk動(dòng)態(tài)代理之所以只能代理接口是因?yàn)榇眍惐旧硪呀?jīng)extends了Proxy，而java是不允許多重繼承的，但是允許實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口

優(yōu)點(diǎn)：解決了靜態(tài)代理中冗余的代理實(shí)現(xiàn)類問題。

缺點(diǎn)：JDK 動(dòng)態(tài)代理是基于接口設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，如果沒有接口，會(huì)拋異常。

CGLIB 代理

由于JDK 動(dòng)態(tài)代理限制了只能基于接口設(shè)計(jì)，而對(duì)于沒有接口的情況，JDK方式解決不了；
CGLib 采用了非常底層的字節(jié)碼技術(shù)，其原理是通過字節(jié)碼技術(shù)為一個(gè)類創(chuàng)建子類，并在子類中采用方法攔截的技術(shù)攔截所有父類方法的調(diào)用，順勢織入橫切邏輯，來完成動(dòng)態(tài)代理的實(shí)現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn) MethodInterceptor 接口，重寫 intercept 方法，通過 Enhancer 類的回調(diào)方法來實(shí)現(xiàn)。
但是CGLib在創(chuàng)建代理對(duì)象時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間卻比JDK多得多，所以對(duì)于單例的對(duì)象，因?yàn)闊o需頻繁創(chuàng)建對(duì)象，用CGLib合適，反之，使用JDK方式要更為合適一些。
同時(shí)，由于CGLib由于是采用動(dòng)態(tài)創(chuàng)建子類的方法，對(duì)于final方法，無法進(jìn)行代理。

優(yōu)點(diǎn)：沒有接口也能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)代理，而且采用字節(jié)碼增強(qiáng)技術(shù)，性能也不錯(cuò)。

缺點(diǎn)：技術(shù)實(shí)現(xiàn)相對(duì)難理解些。

作者：柯廣的網(wǎng)絡(luò)日志

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JAVA

什么是代理模式

靜態(tài)代理

靜態(tài)代理的問題

動(dòng)態(tài)代理

Jdk動(dòng)態(tài)代理

動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)過程

Cglib動(dòng)態(tài)代理

JDK動(dòng)態(tài)代理與CGLIB動(dòng)態(tài)代理對(duì)比