Java的動態代理-淺析

什么是代理模式?

代理模式的作用是:為其他對象提供一種代理以控制對這個對象的訪問。

什么是動態代理?

Java的java.lang.reflect包中有自己的代理支持,利用這個包你可以在運行時動態地創建一個代理類,實現一個或者多個接口,并將方法的調用轉發到你所指定的類。因為實際的代理類是運行時創建的,所以稱這個Java技術為:動態代理。

為什么需要使用動態代理?

因為傳統的代理方式見下圖,每次都要自己創建一個實現代理對象的接口的類,當需要很多這樣的需求的時候,就會發現這會變得非常復雜。


傳統代理模式.png

然后,自然而然的,作為一個程序員,當然要創建一個東西來很好地實現解決這個問題。然后就有了Java內置的動態代理。見下圖。通過反射來在運行時,動態地創建想對應的代理對象。


Java動態代理方式.png

示例代碼

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

    /**
     * 聲明抽象請求方法
     */
    void request();

}
/**
 * 真實主題
 */
public class RealSubject implements Subject {

    /**
     * 實現請求方法
     */
    @Override
    public void request() {
        System.out.println("Request.");
    }

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

    /**
     * 被代理對象
     */
    private RealSubject realSubject;

    /**
     * 通過被代理對象訪問方法
     */
    @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();
    }

}

這里就可以發現使用了代理之后,就可以對原來的主題中的request方法的調用之前和調用之后,都進行相應的行為。其實有點類似于Spring中AOP的意思,和裝飾器模式也有點像(都實現了想要代理或者想要裝飾的對象的接口)。

但是代理模式的目的是實現訪問控制之類的,而裝飾器其實更多的是為了改變對象的行為。

動態代理代碼

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

public class LogInvocationHandler implements InvocationHandler {

    /**
     * 被代理對象
     */
    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) {

        //為了獲得動態的代理文件        
        System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
        Subject subject = new RealSubject();
        // 使用 Proxy.newProxyInstance 方法生成代理對象
        Subject proxy = (Subject) Proxy.newProxyInstance(subject.getClass()
                .getClassLoader(), subject.getClass().getInterfaces(),
                new LogInvocationHandler(subject));
        System.out.println("自動生成代理類:" + proxy.getClass().getName());
        proxy.request();

    }

}

如果使用了動態代理的話,那么原來的代理的實現就不需要了,可以有Proxy.newProxyInstance()這個靜態方法來動態的生成。但是也是要注意用法,這里需要一個實現了InvocationHandler接口的類。

注意這里動態生成的代理對象繼承的Proxy類,然后實現的是給予的接口,所以這里才能夠將這個對象轉化為Subject對象。這里是必須轉化的,不然會出現一個錯誤就是返回的對象是一個Object類型的。

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

無論調用是代理類的哪一個方法,最后都會去調用InvocationHandlerinvoke方法。

理解

到底是怎么通過反射來生成的相對應的代理類的?

網上找了很多資料看這個問題,但是只發現涉及到的知識點有安全機制,緩存,反射,還有很多很多東西,只能看最外層的API大致了解一下了。

/**
     * 返回一個指定接口的代理類實例,將方法調用指派到指定的調用處理程序。
     */
    public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
            Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)
            throws IllegalArgumentException {

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

        /*
         * 調用 getProxyClass 方法查找或生成指定代理類。
            用到查找是因為這里內部是有緩存的,用一個Map來維護。
            當發現有重復是直接就可以取出來的。
            使用類加載器和傳入的接口數組(因為可能這個subject會實現多個接口)。
            最后就可以得到代理類的Class。
            通過下面的代碼也可以知道這個Class的構造函數,
            是需要一個**InvocationHandler**的引用的。
         */

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

        /*
         * 調用構造方法傳入構造管理器生成代理類實例。
         */
        try {
            // constructorParams = { InvocationHandler.class };
            Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            // 生成實例
            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());
        }
    }

為什么最后無論調用哪一個方法都會去調用InvocationHandlerinvoke方法?

其實這個東西看過動態生成的類就會比較清晰。

//
// 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());
        }
    }
}

這里可以看到使用Java動態代理生成的類,其實傳統的實現原理都是一樣的。就是覆蓋了主題(Subject)接口中的相應方法,然后調用的是super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);,雖然這個例子只是寫了一個方法,但是可以想象到的時,其實所有的方法都是這個邏輯,都調用了invoke方法,不同的只是傳遞過去的函數名字是不同的。

m3代表的是request,因為request是一個無參方法,所以有(Object[])null

疑惑

之前也看到了動態生成的類的源代碼,但是當我在Client中對proxy.request()單步調試進入這句話的時候,并沒有出現和進入proxy的源代碼中,也就是說并沒有super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);這句話的顯示并讓我進入,而是直接讓我進入了InvocationHandler,理論上不應該呀,那個對象應該已經存在內存中了呀?!!還有待進一步加深理解。

最后:

Java1.8的源碼比之前的都要復雜的多,如果1.8的看不懂的話,可以先理解一下1.7的版本。

參考:
java代理模式(proxy)及動態代理的源碼分析(講的Java1.8的源碼)
Java API 源碼閱讀:動態代理(Dynamic Proxy)(講的1.7,大量引用了例子)
JDK源碼分析——動態代理源碼(Proxy類)
JDK動態代理實現原理
Java的動態代理(dynamic proxy)

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