深入理解代理模式原理与技术

╰半夏微凉° 2022-05-15 16:19 289阅读 0赞

### 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：

![1240][]

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

![1240 1][]

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。

![1240 2][]

测试方法：实际上是调用代理对象的move()方法。

![1240 3][]

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。

![1240 4][]

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。

![1240 5][]

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。

1、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

![1240 6][]

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：

1.  proxy 动态生成的代理对象
2.  method 目标方法的实例
3.  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**

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。

2、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。

**下面附我手写的代码！**

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

单元测试

![1240 7][]

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~~~！

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[1240 3]: /images/20220503/816bc4c8728d49bf936f1bbb333d1645.png
[1240 4]: /images/20220503/3de1475acabe44619471da7ec60b1a47.png
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[1240 6]: /images/20220503/6f636ba43d334d049756660681da679c.png
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