Java动态代理

代理模式是指给某个对象提供一个代理对象，用户不直接访问原对象而是通过代理对象间接访问。

我们可以使用代理模式实现面向切面编程(AOP), 由动态代理将切面功能织入目标方法而不侵入调用方的业务代码。

或者使用代理模式实现远程过程调用(RPC), 调用方像调用本地方法一样调用代理方法，而不必关心代理调用远程方法细节。

JDK提供了基于反射机制的动态代理实现，而被广泛使用的第三方库CGLIB则基于字节码操作框架ASM实现动态代理。

本文将简单介绍两种动态代理使用方法，做抛砖引玉之用。

content:

代理模式

实现静态代理模式是非常简单的, 首先我们定义一个接口:

public interface MyInterface {

    void foo();

}

编写被代理的对象:

public class MyService implements MyInterface {

    @Override
    public void foo() {
        System.out.println("foo");
    }
}

在代理模式中被代理的类通常被称作委托类。

编写静态代理:

public class MyProxy implements MyInterface {

    private MyInterface subject;

    MyProxy(MyInterface subject) {
        this.subject = subject;
    }

    @Override
    public void foo() {
        long start = System.System.currentTimeMillis();
        subject.foo();
        long elapseTime = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("elapse time: " + elapseTime);
    }
}

静态代理是指代理类在编译时生成，与之相对动态代理则是运行时生成代理类的字节码并加载到JVM中。

静态代理的问题在于编写代理类时必须了解接口细节， 即编写MyProxy时必须了解MyInterface的定义。

以AOP框架为例，框架无法预先了解接口信息只能在运行时根据Class对象创建代理对象，因此编写此类框架必须要有动态代理机制的支持。

java动态代理

Java的反射机制可以在运行时创建类，Java标准库中提供了基于反射的代理机制。

代理类应该实现java.lang.reflect.InvocationHandler接口，该接口只有一个方法: invoke。

public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
    throws Throwable;

当我们通过代理访问委托类方法时，会调用代理类的invoke方法。我们可以通过invoke方法的参数获得调用信息，并用反射机制调用为委托类的方法。

invoke方法的三个参数为:

  • Object porxy: 被调用方法的动态代理实例
  • Method method: 被调用的方法
  • Object[] args: 调用时传入的参数

java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance方法用于创建代理对象，它使用反射机制在运行时创建了代理类并加载到JVM中。该方法有三个参数:

  • ClassLoader loader: 加载代理类的加载器
  • Class<?>[] interfaces: 代理类要实现的方法
  • InvocationHandler h: 在调用代理类方法时，嵌入调用过程的InvocationHandler实例

直接描述较难理解，我们来看代码:

public class MyProxy implements InvocationHandler {

    private Object subject;

    public MyProxy(Object subject) {
        this.subject = subject;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { // 1
        return method.invoke(subject, args); 
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <T> T createProxy(T subject) {
        return (T)Proxy.newProxyInstance(subject.getClass().getClassLoader(), // 2
                subject.getClass().getInterfaces(), new MyProxy(subject));
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyInterface obj = createProxy(new MyService());  // 3
        obj.foo();
    }

}

MyInterface和MyService和上文中完全相同:

public interface MyInterface {

    void foo();

}

public class MyService implements MyInterface {

    @Override
    public void foo() {
        System.out.println("foo");
    }
}

MyProxy类实现了InvocationHandler接口，并提供了createProxy静态方法。

在main方法中我们为MyService对象创建了一个代理，并通过代理调用了foo方法。

在代码中有几处细节值得了解:

  1. 在main方法中通过obj.getClass().getName()获得代理类的类名为:com.sun.proxy.$Proxy0。这个类名表示这个类是动态生成的Proxy类，0表示它是当前JVM中第一个动态代理类。

  2. 在注释2处我们通过newProxyInstance创建了代理类即上文中的$Proxy0类:
    1. loader为被代理类的加载器，也可以使用MyInterface.class.getClassLoader()，它们都是AppClassLoader实例。
    2. interfaces参数为subject.getClass().getInterfaces()表示动态代理类$Proxy0实现了subject的所有接口，但$Proxy0不是Subject类的子类。
      因此在main方法中使用MyInterface obj = createProxy(new MyService());而不能使用MyService obj = createProxy(new MyService());。
    3. 我们使用MyProxy实例作为InvocationHandler拦截动态代理类所有方法调用。
  3. 在注释1处我们实现了invoke方法拦截动态代理对象所有方法调用:
    1. 传入的实参Object proxy是动态代理类的实例，即main方法中的obj, 它是$Proxy0类的实例。注意InvocationHandler实例不是动态代理实例，handler是编译生成的静态类。
    2. 传入的实参Method method是接口类的Method对象，即MyInterface.class.getMethod("foo")而非委托类MyService的Method对象
    3. method.invoke(subject, args)用反射的方式调用了被代理实例的方法，我们可以在invoke方法中添加其它代码以增强委托类的功能

cglib动态代理

CGLIB是一个强大的动态代理库，SpringAOP和dynaop框架使用CGLIB进行方法拦截和增强，Hibernate使用CGLIB进行代理关联，此外JMock也使用CGLIB提供Mock对象。

在实现上，CGLIB使用高性能轻量级字节码操作框架ASM来动态生成代理类。值得一提的是，CGLIB比JDK动态代理还要快。

CGLIB将动态代理类实现为委托类的子类，因此可以代理没有实现接口或对接口进行了扩展的类。因为子类无法覆盖final方法，因此只能代理非final方法。

首先使用maven导入cglib依赖:

<dependency>
    <groupId>cglib</groupId>
    <artifactId>cglib</artifactId>
    <version>3.2.6</version>
</dependency>

编写CGLIB动态代理:

public class CglibProxy {

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <T> T createProxy(T subject) {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(subject.getClass());
        enhancer.setCallback(new MyInterceptor());
        return (T) enhancer.create();
    }

    private static class MyInterceptor implements MethodInterceptor {

        @Override
        public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
            return proxy.invokeSuper(obj, args);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyService obj = createProxy(new MyService());
        obj.foo();
    }

}

Enhancer用于对委托类进行增强，它可以拦截方法调用以实现代理机制。

MethodInterceptor.intercept方法用于拦截方法调用，它的几个参数为:

  • Object obj: 动态代理对象
  • Method method: 被拦截的方法，本例main方法中被拦截的方法是: MyService.class.getMethod("foo")
  • Object[] args: 调用实参
  • MethodProxy proxy: 用来调用委托类方法的快捷代理，不是动态代理类。

示例中定义的动态代理没有添加任何额外功能，这种特殊的Callback可以使用net.sf.cglib.proxy.NoOp代替:

    public static <T> T createProxy(T subject) {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(subject.getClass());
        enhancer.setCallback(NoOp.INSTANCE);
        return (T) enhancer.create();
    }

Enhancer可以使用CallbackFilter为每个方法调用配置过滤器:

class MyService {

    void foo0() {
        System.out.println("0");
    }

    void foo1() {
        System.out.println("1");
    }

}

public class CglibProxy {

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <T> T createProxy(T subject) {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(subject.getClass());

        Callback callback0 = NoOp.INSTANCE;
        Callback callback1 = NoOp.INSTANCE;
        enhancer.setCallbacks(new Callback[]{callback0, callback1});

        enhancer.setCallbackFilter(new MyCallbackFilter());
        return (T) enhancer.create();
    }

    private static class MyCallbackFilter implements CallbackFilter {

        @Override
        public int accept(Method method) {
            if ("foo0".equals(method.getName())) {
                return 0;
            } else {
                return 1;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyService obj = createProxy(new MyService());
        obj.foo0();
        obj.foo1();
    }

}

当Enhancer设置了CallbackFilter之后，在拦截方法前会先调用CallbackFilter.accept()方法判断使用哪个Callback实例进行拦截。

CallbackFilter.accept()返回值即为拦截器的下标，即若accept方法返回0，则调用enhancer.callbacks[0]进行拦截。

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