浅析动态代理原理与实现

2023-03-27 06:00| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.代理模式

代理是一种软件设计模式，目的地希望能做到代码重用。具体上讲，代理这种设计模式是通过不直接访问被代理对象的方式，而访问被代理对象的方法。这个就好比商户---->明星经纪人(代理)---->明星这种模式。我们可以不通过直接与明星对话的情况下，而通过明星经纪人(代理)与其产生间接对话

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2.代理模式的使用场景设计模式中有一个设计原则是开闭原则，是说对修改关闭对扩展开放，我们在工作中有时会接手很多前人的代码，里面代码逻辑让人摸不着头脑，这时就很难去下手修改代码，那么这时我们就可以通过代理对类进行增强。我们在使用RPC框架的时候，框架本身并不能提前知道各个业务方要调用哪些接口的哪些方法。那么这个时候，就可用通过动态代理的方式来建立一个中间人给客户端使用，也方便框架进行搭建逻辑，某种程度上也是客户端代码和框架松耦合的一种表现。 Spring的AOP机制就是采用动态代理的机制来实现切面编程。 3.代理模式类别

我们根据加载被代理类的时机不同，将代理分为静态代理和动态代理。如果我们在代码编译时就确定了被代理的类是哪一个，那么就可以直接使用静态代理；如果不能确定，那么可以使用类的动态加载机制，在代码运行期间加载被代理的类这就是动态代理，比如RPC框架和Spring AOP机制。

代理模式的UML类图：

在这里插入图片描述

图解如下：

用户只关心接口功能，而不在乎谁提供了功能。上图中接口是 Subject。接口真正实现者是上图的 RealSubject，但是它不与用户直接接触，而是通过代理。代理就是上图中的 Proxy，由于它实现了 Subject 接口，所以它能够直接与用户接触。用户调用 Proxy 的时候，Proxy 内部调用了 RealSubject。所以，Proxy 是中介者，它可以增强 RealSubject 操作。 4.静态代理

静态代理：由程序员创建或特定工具自动生成源代码，也就是在编译时就已经将接口，被代理类，代理类等确定下来。在程序运行之前，代理类的.class文件就已经生成。

根据上面代理模式的类图，来写一个简单的静态代理的例子。我这儿举一个比较粗糙的例子，假如一个班的同学要向老师交班费，但是都是通过班长把自己的钱转交给老师。这里，班长就是代理学生上交班费，班长就是学生的代理。

首先，我们创建一个studentService接口。这个接口就是学生（被代理类），和班长（代理类）的公共接口，他们都有上交班费的行为。这样，学生上交班费就可以让班长来代理执行

/** * @author fjZheng * @version 1.0 * @date 2021/1/26 18:00 */ public interface studentService { //上交班费 void giveMoney(); } 复制代码

Student类实现studentService接口。Student可以具体实施上交班费的动作。

/** * @author fjZheng * @version 1.0 * @date 2021/1/26 18:00 */ public class Student implements studentService { private String name; public Student(String name) { this.name = name; } @Override public void giveMoney() { System.out.println(name + "上交班费50元"); } } 复制代码

Monitor 类，这个类也实现了studentService接口，但是还另外持有一个学生类对象，由于实现了studentService接口，同时持有一个学生对象，那么他可以代理学生类对象执行上交班费（执行giveMoney()方法）行为。

/** * 学生代理类(班长），也实现了studentService接口，保存一个学生实体，这样既可以代理学生产生行为 * @author fjzheng * */ public class Monitor implements studentService{ //被代理的学生 Student stu; public Monitor(studentService stu) { // 只代理学生对象 if(stu.getClass() == Student.class) { this.stu = (Student)stu; } } //代理上交班费，调用被代理学生的上交班费行为 public void giveMoney() { stu.giveMoney(); } } 复制代码

测试如下：

public class StaticProxyTest { public static void main(String[] args) { //被代理的学生张三，他的班费上交有代理对象monitor（班长）完成 studentSerivce zhangsan = new Student("张三"); //生成代理对象(班长)，并将张三传给代理对象 studentSerivce monitor = new Monitor(zhangsan); //班长代理上交班费 monitor.giveMoney(); } } 复制代码 5.动态代理

代理类在程序运行时创建的代理方式被成为动态代理。我们上面静态代理的例子中，代理类(Montior)是自己定义好的，在程序运行之前就已经编译完成。然而动态代理，代理类并不是在Java代码中定义的，而是在运行时根据我们在Java代码中的“指示”动态生成的。相比于静态代理，动态代理的优势在于可以很方便的对代理类的函数进行统一的处理，而不用修改每个代理类中的方法。

spring AOP的拦截功能是由java中的动态代理来实现的。说白了，就是在目标类的基础上增加切面逻辑，生成增强的目标类（该切面逻辑或者在目标类函数执行之前，或者目标类函数执行之后，或者在目标类函数抛出异常时候执行。不同的切入时机对应不同的Interceptor的种类，如BeforeAdviseInterceptor，AfterAdviseInterceptor以及ThrowsAdviseInterceptor等）。

那么动态代理是如何实现将切面逻辑（advise）织入到目标类方法中去的呢？下面我们就来详细介绍并实现AOP中用到的两种动态代理。AOP的源码中用到了两种动态代理来实现拦截切入功能：jdk动态代理和cglib动态代理。两种方法同时存在，各有优劣。

jdk动态代理是由java内部的反射机制来实现的，cglib动态代理底层则是借助asm来实现的。总的来说，反射机制在生成类的过程中比较高效，而asm在生成类之后的相关执行过程中比较高效（可以通过将asm生成的类进行缓存，这样解决asm生成类过程低效问题）。还有一点必须注意：jdk动态代理的应用前提，必须是目标类基于统一的接口。如果没有上述前提，jdk动态代理不能应用。由此可以看出，jdk动态代理有一定的局限性，cglib这种第三方类库实现的动态代理应用更加广泛，且在效率上更有优势。

5.1 JDK实现动态代理

jdk动态代理是jdk原生就支持的一种代理方式，它的实现原理，就是通过让target类和代理类实现同一接口，代理类持有target对象，来达到方法拦截的作用，这样通过接口的方式有两个弊端，一个是必须保证target类有接口，第二个是如果想要对target类的方法进行代理拦截，那么就要保证这些方法都要在接口中声明，实现上略微有点限制

示例代码如下：

package com.shepherd.proxy.jdk; import java.lang.reflect.InvocationHandler; import java.lang.reflect.Method; import java.lang.reflect.Proxy; /** * @author fjZheng * @version 1.0 * @date 2021/1/26 17:41 */ public class JDKProxyMain { public static void main(String[] args) { /** * 要求：被代理类至少实现一个接口 * newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces, InvocationHandler h) * 参数含义： * ClassLoader：和被代理对象使用相同的类加载器。 * Interfaces：和被代理对象具有相同的行为。实现相同的接口。 * InvocationHandler：如何代理，使用反射执行接口原方法，同时可扩展增强方法，如下面的示例JDKProxyTestInvocationHandler。 */ JDKProxyTestInterface target = new JDKProxyTestInterfaceImpl(); // 根据目标对象创建代理对象 JDKProxyTestInterface proxy = (JDKProxyTestInterface) Proxy .newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(), target.getClass().getInterfaces(), new JDKProxyTestInvocationHandler(target)); // 调用代理对象方法 proxy.testProxy(); } //接口 interface JDKProxyTestInterface { void testProxy(); } //接口实现类 static class JDKProxyTestInterfaceImpl implements JDKProxyTestInterface { @Override public void testProxy() { System.out.println("testProxy"); } } //InvocationHandler实现类，使用反射增强方法 static class JDKProxyTestInvocationHandler implements InvocationHandler { private Object target; public JDKProxyTestInvocationHandler(Object target) { this.target = target; } @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { System.out.println("执行前：method before"); //执行方法 Object result = method.invoke(this.target, args); System.out.println("执行后：method after"); return result; } } } 复制代码

5.2 cglib实现动态代理

Cglib是一个优秀的动态代理框架，它的底层使用ASM在内存中动态的生成被代理类的子类，使用CGLIB即使代理类没有实现任何接口也可以实现动态代理功能。CGLIB具有简单易用，它的运行速度要远远快于JDK的Proxy动态代理。cglib有两种可选方式：继承和引用。第一种是基于继承实现的动态代理，所以可以直接通过super调用target方法，但是这种方式在spring中是不支持的，因为这样的话，这个target对象就不能被spring所管理，所以cglib还是才用类似jdk的方式，通过持有target对象来达到拦截方法的效果。 CGLIB的核心类： net.sf.cglib.proxy.Enhancer – 主要的增强类 net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor – 主要的方法拦截类，它是Callback接口的子接口，需要用户实现 net.sf.cglib.proxy.MethodProxy – JDK的java.lang.reflect.Method类的代理类，可以方便的实现对源对象方法的调用,如下使用：

Object o = methodProxy.invokeSuper(proxy, args); //虽然第一个参数是被代理对象，也不会出现死循环的问题。

net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor接口是最通用的回调（callback）类型，它经常被基于代理的AOP用来实现拦截（intercept）方法的调用。这个接口只定义了一个方法： public Object intercept(Object object, java.lang.reflect.Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable;

第一个参数是代理对像，第二和第三个参数分别是拦截的方法和方法的参数。原来的方法可能通过使用java.lang.reflect.Method对象的一般反射调用，或者使用 net.sf.cglib.proxy.MethodProxy对象调用。net.sf.cglib.proxy.MethodProxy通常被首选使用，因为它更快。

使用cglib需要引入依赖：

cglib cglib 2.2.2 复制代码

示例代码如下：

package com.shepherd.proxy.cglib; /** * @author fjZheng * @version 1.0 * @date 2021/1/26 18:00 */ import net.sf.cglib.proxy.Enhancer; import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor; import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy; import java.lang.reflect.Method; public class CglibProxyTest { static class CglibProxyService { public CglibProxyService(){ } void sayHello(){ System.out.println(" hello !"); } } static class CglibProxyInterceptor implements MethodInterceptor { @Override public Object intercept(Object sub, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable { System.out.println("before hello"); Object object = methodProxy.invokeSuper(sub, objects); System.out.println("after hello"); return object; } } public static void main(String[] args) { // 通过CGLIB动态代理获取代理对象的过程 Enhancer enhancer = new Enhancer(); // 设置enhancer对象的父类 enhancer.setSuperclass(CglibProxyService.class); // 设置enhancer的回调对象 enhancer.setCallback(new CglibProxyInterceptor()); // 创建代理对象 CglibProxyService proxy= (CglibProxyService)enhancer.create(); System.out.println(CglibProxyService.class); System.out.println(proxy.getClass()); // 通过代理对象调用目标方法 proxy.sayHello(); } } 复制代码

5.3 jdk实现和cglib实现的区别

类型jdk实现cglib实现原理原理java动态代理是利用反射机制生成一个实现代理接口的匿名类，在调用具体方法之前调用invokeHandlercglib动态代理是利用asm开源包，对代理对象类的class文件加载进来，通过修改其字节码生成子类来处理核心类Proxy创建代理利用反射机制生成一个实现代理接口的匿名类。InvokeHandler方法拦截器接口需要实现invoke方法net.sf.cglib.proxy.Enhancer：主要增强类，通字节码技术动态创建委托类的子类实例。net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor：方法拦截器接口，需要实现intercept方法局限性只能代理实现了接口的类不能代理final修饰的类，也不能处理final修饰的方法

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