Java设计模式之动态代理
本文主要介绍Java中两种常见的动态代理方式：JDK原生动态代理和CGLIB动态代理。
什么是代理模式
就是为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。代理可以在不改动目标对象的基础上，增加其他额外的功能（扩展功能）。
代理模式角色分为 3 种：
Subject（抽象主题角色）：定义代理类和真实主题的公共对外方法，也是代理类代理真实主题的方法；RealSubject（真实主题角色）：真正实现业务逻辑的类；Proxy（代理主题角色）：用来代理和封装真实主题；
如果根据字节码的创建时机来分类，可以分为静态代理和动态代理：
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，代理类和真实主题角色的关系在运行前就确定了。
而动态代理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，所以在运行前并不存在代理类的字节码文件
静态代理
学习动态代理前，有必要来学习一下静态代理。
静态代理在使用时,需要定义接口或者父类,被代理对象（目标对象）与代理对象（Proxy）一起实现相同的接口或者是继承相同父类。
来看一个例子，模拟小猫走路的时间。
// 接口
public interface Walkable {
void walk();
}
// 实现类
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();
}
}
}
如果我想知道走路的时间怎么办？可以将实现类Cat修改为：
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));
}
}
这里已经侵入了源代码，如果源代码是不能改动的，这样写显然是不行的，这里可以引入时间代理类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));
}
}
如果这时候还要加上常见的日志功能，我们还需要创建一个日志代理类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...");
}
}
如果我们需要先记录日志，再获取行走时间，可以在调用的地方这么做：
public static void main(String[] args) {
Cat cat = new Cat();
CatLogProxy p1 = new CatLogProxy(cat);
CatTimeProxy p2 = new CatTimeProxy(p1);
p2.walk();
}
这样的话，计时是包括打日志的时间的。
静态代理的问题
如果我们需要计算SDK中100个方法的运行时间，同样的代码至少需要重复100次，并且创建至少100个代理类。往小了说，如果Cat类有多个方法，我们需要知道其他方法的运行时间，同样的代码也至少需要重复多次。因此，静态代理至少有以下两个局限性问题：
如果同时代理多个类，依然会导致类无限制扩展
如果类中有多个方法，同样的逻辑需要反复实现
所以，我们需要一个通用的代理类来代理所有的类的所有方法，这就需要用到动态代理技术。
动态代理
学习任何一门技术，一定要问一问自己，这到底有什么用。其实，在这篇文章的讲解过程中，我们已经说出了它的主要用途。你发现没，使用动态代理我们居然可以在不改变源码的情况下，直接在方法中插入自定义逻辑。这有点不太符合我们的一条线走到底的编程逻辑，这种编程模型有一个专业名称叫AOP。所谓的AOP，就像刀一样，抓住时机，趁机插入。
Jdk动态代理
JDK实现代理只需要使用newProxyInstance方法,但是该方法需要接收三个参数:
@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() {
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);
}
}
方法是在Proxy类中是静态方法,且接收的三个参数依次为:
ClassLoader loader//指定当前目标对象使用类加载器Class[] interfaces//目标对象实现的接口的类型,使用泛型方式确认类型InvocationHandler h//事件处理器
主要是完成InvocationHandler h的编写工作。
接口类UserService：
public interface UserService {
public void select();
public void update();
}
接口实现类，即要代理的类UserServiceImpl：
public class UserServiceImpl implements UserService {
@Override
public void select() {
System.out.println("查询 selectById");
}
@Override
public void update() {
System.out.println("更新 update");
}
}
代理类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() { // 在执行方法之前执行
System.out.println(String.format("log start time [%s] ", new Date()));
}
private void after() { // 在执行方法之后执行
System.out.println(String.format("log end time [%s] ", new Date()));
}
}
主程序类：
public class UserServiceProxyJDKMain {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建被代理的对象，即UserService的实现类
UserServiceImpl userServiceImpl = new UserServiceImpl();
// 2. 获取对应的classLoader
ClassLoader classLoader = userServiceImpl.getClass().getClassLoader();
// 3. 获取所有接口的Class, 这里的userServiceImpl只实现了一个接口UserService，
Class[] interfaces = userServiceImpl.getClass().getInterfaces();
// 4. 创建一个将传给代理类的调用请求处理器，处理所有的代理对象上的方法调用
// 这里创建的是一个自定义的日志处理器，须传入实际的执行对象 userServiceImpl
InvocationHandler logHandler = new LogHandler(userServiceImpl);
/*
5.根据上面提供的信息，创建代理对象 在这个过程中，
a.JDK会通过根据传入的参数信息动态地在内存中创建和.class 文件等同的字节码
b.然后根据相应的字节码转换成对应的class，
c.然后调用newInstance()创建代理实例
*/
// 会动态生成UserServiceProxy代理类，并且用代理对象实例化LogHandler，调用代理对象的.invoke()方法即可
UserService proxy = (UserService) Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, logHandler);
// 调用代理的方法
proxy.select();
proxy.update();
// 生成class文件的名称
ProxyUtils.generateClassFile(userServiceImpl.getClass(), "UserServiceJDKProxy");
}
}
这里可以保存下来代理生成的实现了接口的代理对象：
public class ProxyUtils {
/*
* 将根据类信息 动态生成的二进制字节码保存到硬盘中，
* 默认的是clazz目录下
* params :clazz 需要生成动态代理类的类
* proxyName : 为动态生成的代理类的名称
*/
public static void generateClassFile(Class clazz, String proxyName) {
//根据类信息和提供的代理类名称，生成字节码
byte[] classFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, clazz.getInterfaces());
String paths = clazz.getResource(".").getPath();
System.out.println(paths);
FileOutputStream out = null;
try {
//保留到硬盘中
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();
}
}
}
}
动态代理实现过程
通过
getProxyClass0()生成代理类。JDK生成的最终真正的代理类，它继承自Proxy并实现了我们定义的接口.通过
Proxy.newProxyInstance()生成代理类的实例对象，创建对象时传入InvocationHandler类型的实例。调用新实例的方法，即原
InvocationHandler类中的invoke()方法。
代理对象不需要实现接口，但是目标对象一定要实现接口，否则不能用动态代理
Cglib动态代理
JDK的动态代理机制只能代理实现了接口的类，而不能实现接口的类就不能实现JDK的动态代理，cglib是针对类来实现代理的，他的原理是对指定的目标类生成一个子类，并覆盖其中方法实现增强，但因为采用的是继承，所以不能对final修饰的类进行代理。
Cglib代理，也叫作子类代理，它是在内存中构建一个子类对象从而实现对目标对象功能的扩展。
Cglib子类代理实现方法:
需要引入
cglib的jar文件,但是Spring的核心包中已经包括了Cglib功能,所以直接引入Spring-core.jar即可.引入功能包后,就可以在内存中动态构建子类
代理的类不能为
final,否则报错目标对象的方法如果为
final/static,那么就不会被拦截,即不会执行目标对象额外的业务方法.
基本使用
<dependency>
<groupId>cglibgroupId>
<artifactId>cglibartifactId>
<version>2.2version>
dependency>
方法拦截器
public class LogInterceptor implements MethodInterceptor{
/*
* @param o 要进行增强的对象
* @param method 要拦截的方法
* @param objects 参数列表，基本数据类型需要传入其包装类
* @param methodProxy 对方法的代理，
* @return 执行结果
* @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()));
}
}
测试用例
这里保存了代理类的.class文件
public class CglibMain {
public static void main(String[] args) {
// 创建Enhancer对象，类似于JDK动态代理的Proxy类
Enhancer enhancer = new Enhancer();
// 设置目标类的字节码文件
enhancer.setSuperclass(UserDao.class);
// 设置回调函数
enhancer.setCallback(new LogInterceptor());
// create会创建代理类
UserDao userDao = (UserDao)enhancer.create();
userDao.update();
userDao.select();
}
}
结果
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 查询 selectById
log end time [Mon Nov 30 17:26:39 CST 2020]
两种动态代理对比
JDK 动态代理
为了解决静态代理中，生成大量的代理类造成的冗余；
JDK动态代理只需要实现InvocationHandler接口，重写invoke方法便可以完成代理的实现，jdk的代理是利用反射生成代理类
Proxyxx.class代理类字节码，并生成对象jdk动态代理之所以只能代理接口是因为代理类本身已经
extends了Proxy，而java是不允许多重继承的，但是允许实现多个接口
优点：解决了静态代理中冗余的代理实现类问题。
缺点：JDK 动态代理是基于接口设计实现的，如果没有接口，会抛异常。
CGLIB 代理
由于
JDK动态代理限制了只能基于接口设计，而对于没有接口的情况，JDK方式解决不了；CGLib采用了非常底层的字节码技术，其原理是通过字节码技术为一个类创建子类，并在子类中采用方法拦截的技术拦截所有父类方法的调用，顺势织入横切逻辑，来完成动态代理的实现。实现方式实现
MethodInterceptor接口，重写intercept方法，通过Enhancer类的回调方法来实现。但是
CGLib在创建代理对象时所花费的时间却比JDK多得多，所以对于单例的对象，因为无需频繁创建对象，用CGLib合适，反之，使用JDK方式要更为合适一些。同时，由于
CGLib由于是采用动态创建子类的方法，对于final方法，无法进行代理。
优点：没有接口也能实现动态代理，而且采用字节码增强技术，性能也不错。
缺点：技术实现相对难理解些。