• 深入理解[代理模式]原理与技术


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    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

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    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 = "
    ";
            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; 
     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) {
    " + "e.printStackTrace();
    " + "}catch (Throwable throwable) {
    " +
                        "throwable.printStackTrace();
    " + "}").append(line);
                //方法结束
                source.append("return (obj!=null)?("+returnType.getName()+")obj:null;
    }").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”发布。

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