极客时间第一讲动态代理是基于什么原理。

Bertha 。 2022-04-17 00:45 324阅读 0赞

编程语言通常有各种不同的分类角度，动态类型和静态类型就是其中种分类角度，简单区分就是语言类型信息是在运行时检查，还是编译检查。与其近似的还有一个对比，就是所谓强类型和弱类型，就是不同类型量赋值时，是否需要显式地（强制）进行类型转换。那么，如何分类Java语言呢？通常认为，Java是静态的强类型语言，是因为提供了类似反射等机制，也具备了部分动态类型语言的能力。言归正传，今天我要问你的问题是，谈谈Java反射机制，动态代理是于什么原理？典型回答反射机制是Java语言提供的一种基础功能，赋予程序在运行时自省（introspect，官方用语）的能力。通过反射我们可以直接操作类或者象，比如获取某个对象的类定义，获取类声明的属性和方法，调用方或者构造对象，甚至可以运行时修改类定义。动态代理是一种方便运行时动态构建代理、动态处理代理方法调用的制，很多场景都是利用类似机制做到的，比如用来包装RPC调用、面切面的编程（AOP）。实现动态代理的方式很多，比如JDK自身提供的动态代理，就是主要用了上面提到的反射机制。还有其他的实现方式，比如利用传说中更性能的字节码操作机制，类似ASM、cglib（基于ASM）、Javassist等考点分析这个题目给我的第一印象是稍微有点诱导的嫌疑，可能会下意识地以动态代理就是利用反射机制实现的，这么说也不算错但稍微有些不全面。功能才是目的，实现的方法有很多。总的来说，这道题目考察的Java语言的另外一种基础机制： 反射，它就像是一种魔法，引入运行自省能力，赋予了Java语言令人意外的活力，通过运行时操作元数据对象，Java可以灵活地操作运行时才能确定的信息。而动态代理，则延伸出来的一种广泛应用于产品开发中的技术，很多繁琐的重复编程都可以被动态代理机制优雅地解决。从考察知识点的角度，这道题涉及的知识点比较庞杂，所以面试官能扩展或者深挖的内容非常多，比如：考察你对反射机制的了解和掌握程度。动态代理解决了什么问题，在你业务系统中的应用场景是什么？JDK动态代理在设计和实现上与cglib等方式有什么不同，进而如取舍？这些考点似乎不是短短一篇文章能够囊括的，我会在知识扩展部分尽梳理一下。知识扩展1.反射机制及其演进对于Java语言的反射机制本身，如果你去看一下java.lang或java.lang.reflect包下的相关抽象，就会有一个很直观的印象了。ClassField、Method、Constructor等，这些完全就是我们去操作类和对象的数据对应。反射各种典型用例的编程，相信有太多文章或书籍进行过细的介绍，我就不再赘述了，至少你需要掌握基本场景编程，这里是方提供的参考文档：https://docs.oracle.com/javase/tutorial/reflect/index.html 。关于反射，有一点我需要特意提一下，就是反射提供的AccessibleObject.setAccessible(boolean flag)。它的子类也大都重写了这个方法，这里的所谓accessible可以理解成修饰成员的public、protected、private，这意味着我们可以在运行时修改成员访问限制！setAccessible的应用场景非常普遍，遍布我们的日常开发、测试、依注入等各种框架中。比如，在O/R Mapping框架中，我们为一个Java实体对象，运行时自动生成setter、getter的逻辑，这是加载或者持久化据非常必要的，框架通常可以利用反射做这个事情，而不需要开发者动写类似的重复代码另一个典型场景就是绕过API访问控制。我们日常开发时可能被迫要用内部API去做些事情，比如，自定义的高性能NIO框架需要显式地释放DirectBuffer，使用反射绕开限制是一种常见办法。但是，在Java 9以后，这个方法的使用可能会存在一些争议，因为Jigsaw项目新增的模块化系统，出于强封装性的考虑，对反射访问进了限制。Jigsaw引入了所谓Open的概念，只有当被反射操作的模块和定的包对反射调用者模块Open，才能使用setAccessible；否则，被认是不合法（illegal）操作。如果我们的实体类是定义在模块里面，我需要在模块描述符中明确声明：module MyEntities \{// Open for reflectionopens com.mycorp to java.persistence\}因为反射机制使用广泛，根据社区讨论，目前，Java 9仍然保留了兼Java 8的行为，但是很有可能在未来版本，完全启用前面提到的针对setAccessible的限制，即只有当被反射操作的模块和指定的包对反射用者模块Open，才能使用setAccessible，我们可以使用下面参数显式置。--illegal-access=\{ permit | warn | deny \}2.动态代理前面的问题问到了动态代理，我们一起看看，它到底是解决什么问题首先，它是一个代理机制。如果熟悉设计模式中的代理模式，我们会道，代理可以看作是对调用目标的一个包装，这样我们对目标代码的用不是直接发生的，而是通过代理完成。其实很多动态代理场景，我为也可以看作是装饰器（Decorator）模式的应用，我会在后面的专栏计模式主题予以补充通过代理可以让调用者与实现者之间解耦。比如进行RPC调用，框架部的寻址、序列化、反序列化等，对于调用者往往是没有太大意义的通过代理，可以提供更加友善的界面。代理的发展经历了静态到动态的过程，源于静态代理引入的额外工作类似早期的RMI之类古董技术，还需要rmic之类工具生成静态stub等种文件，增加了很多繁琐的准备工作，而这又和我们的业务逻辑没有系。利用动态代理机制，相应的stub等类，可以在运行时生成，对应调用操作也是动态完成，极大地提高了我们的生产力。改进后的RM经不再需要手动去准备这些了，虽然它仍然是相对古老落后的技术，来也许会逐步被移除这么说可能不够直观，我们可以看JDK动态代理的一个简单例子。下只是加了一句print，在生产系统中，我们可以轻松扩展类似逻辑进行断、限流等。public class MyDynamicProxy \{public static void main (String\[\] args) \{HelloImpl hello = new HelloImpl();MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler(// 构造代码实例Hello proxyHello = (Hello) Proxy.newProxyInstance(Hell// 调用代理方法proxyHello.sayHello();\}\}interface Hello \{void sayHello();\}class HelloImpl implements Hello \{@Overridepublic void sayHello() \{System.out.println("Hello World");\}\}class MyInvocationHandler implements InvocationHandler \{private Object target;public MyInvocationHandler(Object target) \{this.target = target;\}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object\[\] throws Throwable \{System.out.println("Invoking sayHello");Object result = method.invoke(target, args);return result;\}\}上面的JDK Proxy例子，非常简单地实现了动态代理的构建和代理操作。首先，实现对应的InvocationHandler；然后，以接口Hello为纽带为被调用目标构建代理对象，进而应用程序就可以使用代理对象间接行调用目标的逻辑，代理为应用插入额外逻辑（这里是println）提供便利的入口。从API设计和实现的角度，这种实现仍然有局限性，因为它是以接口中心的，相当于添加了一种对于被调用者没有太大意义的限制。我们例化的是Proxy对象，而不是真正的被调用类型，这在实践中还是可带来各种不便和能力退化如果被调用者没有实现接口，而我们还是希望利用动态代理机制，那可以考虑其他方式。我们知道Spring AOP支持两种模式的动态代理，JDK Proxy或者cglib，如果我们选择cglib方式，你会发现对接口的依被克服了。cglib动态代理采取的是创建目标类的子类的方式，因为是子类化，我可以达到近似使用被调用者本身的效果。在Spring编程中，框架通常处理这种情况，当然我们也可以显式指定。关于类似方案的实现细节我就不再详细讨论了。那我们在开发中怎样选择呢？我来简单对比下两种方式各自优势。JDK Proxy的优势：最小化依赖关系，减少依赖意味着简化开发和维护，JDK本身的持，可能比cglib更加可靠。平滑进行JDK版本升级，而字节码类库通常需要进行更新以保证新版Java上能够使用代码实现简单。基于类似cglib框架的优势有的时候调用目标可能不便实现额外接口，从某种角度看，限定用者实现接口是有些侵入性的实践，类似cglib动态代理就没有这限制。只操作我们关心的类，而不必为其他相关类增加工作量。高性能。另外，从性能角度，我想补充几句。记得有人曾经得出结论说JDKProxy比cglib或者Javassist慢几十倍。坦白说，不去争论具体的benchmark细节，在主流JDK版本中，JDK Proxy在典型场景可以提供等的性能水平，数量级的差距基本上不是广泛存在的。而且，反射机性能在现代JDK中，自身已经得到了极大的改进和优化，同时，JDK多功能也不完全是反射，同样使用了ASM进行字节码操作。我们在选型中，性能未必是唯一考量，可靠性、可维护性、编程工作等往往是更主要的考虑因素，毕竟标准类库和反射编程的门槛要低得多，代码量也是更加可控的，如果我们比较下不同开源项目在动态代开发上的投入，也能看到这一点。动态代理应用非常广泛，虽然最初多是因为RPC等使用进入我们视线但是动态代理的使用场景远远不仅如此，它完美符合Spring AOP等切编程。我在后面的专栏还会进一步详细分析AOP的目的和能力。简单说它可以看作是对OOP的一个补充，因为OOP对于跨越不同对象或类分散、纠缠逻辑表现力不够，比如在不同模块的特定阶段做一些事情类似日志、用户鉴权、全局性异常处理、性能监控，甚至事务处理等你可以参考下面这张图AOP通过（动态）代理机制可以让开发者从这些繁琐事项中抽身出来大幅度提高了代码的抽象程度和复用度。从逻辑上来说，我们在软件计和实现中的类似代理，如Facade、Observer等很多设计目的，都可通过动态代理优雅地