java 代理模式及動態(tài)代理機制深入分析
java 代理模式及動態(tài)代理機制深入分析
代理設計模式
代理是一種常用的設計模式，其目的就是為其他對象提供一個代理以控制對某個對象的訪問。代理類負責為委托類預處理消息，過濾消息并轉發(fā)消息，以及進行消息被委托類執(zhí)行后的后續(xù)處理。
代理模式的作用是：為其他對象提供一種代理以控制對這個對象的訪問。在某些情況下，一個客戶不想或者不能直接引用另一個對象，而代理對象可以在客戶端和目標對象之間起到中介的作用。
代理模式一般涉及到的角色有：
抽象角色：聲明真實對象和代理對象的共同接口；
代理角色：代理對象角色內(nèi)部含有對真實對象的引用，從而可以操作真實對象，同時代理對象提供與真實對象相同的接口以便
在任何時刻都能代替真實對象。同時，代理對象可以在執(zhí)行真實對象操作時，附加其他的操作，相當于對真實對象進行封裝。
真實角色：代理角色所代表的真實對象，是我們最終要引用的對象
圖 1. 代理模式類圖
為了保持行為的一致性，代理類和委托類通常會實現(xiàn)相同的接口，所以在訪問者看來兩者沒有絲毫的區(qū)別。通過代理類這中間一層，能有效控制對委托 類對象的直接訪問，也可以很好地隱藏和保護委托類對象，同時也為實施不同控制策略預留了空間，從而在設計上獲得了更大的靈活性。Java 動態(tài)代理機制以巧妙的方式近乎完美地實踐了代理模式的設計理念。
java動態(tài)代理
相關的類和接口
要了解 Java 動態(tài)代理的機制，首先需要了解以下相關的類或接口：
· java.lang.reflect.Proxy：這是 Java 動態(tài)代理機制的主類，它提供了一組靜態(tài)方法來為一組接口動態(tài)地生成代理類及其對象。
清單 1. Proxy 的靜態(tài)方法
// 方法 1: 該方法用于獲取指定代理對象所關聯(lián)的調(diào)用處理器 static InvocationHandler getInvocationHandler(Object proxy) // 方法 2：該方法用于獲取關聯(lián)于指定類裝載器和一組接口的動態(tài)代理類的類對象 static Class getProxyClass(ClassLoader loader, Class[] interfaces) // 方法 3：該方法用于判斷指定類對象是否是一個動態(tài)代理類 static boolean isProxyClass(Class cl) // 方法 4：該方法用于為指定類裝載器、一組接口及調(diào)用處理器生成動態(tài)代理類實例 static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces, InvocationHandler h)
java.lang.reflect.InvocationHandler：這是調(diào)用處理器接口，它自定義了一個 invoke 方法，用于集中處理在動態(tài)代理類對象上的方法調(diào)用，通常在該方法中實現(xiàn)對委托類的代理訪問。
清單 2. InvocationHandler 的核心方法
// 該方法負責集中處理動態(tài)代理類上的所有方法調(diào)用。第一個參數(shù)既是代理類實例，第二個參數(shù)是被調(diào)用的方法對象 // 第三個方法是調(diào)用參數(shù)。調(diào)用處理器根據(jù)這三個參數(shù)進行預處理或分派到委托類實例上發(fā)射執(zhí)行 Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
每次生成動態(tài)代理類對象時都需要指定一個實現(xiàn)了該接口的調(diào)用處理器對象（參見 Proxy 靜態(tài)方法 4 的第三個參數(shù)）。
· java.lang.ClassLoader：這是類裝載器類，負責將類的字節(jié)碼裝載到 Java 虛擬機（JVM）中并為其定義類對象，然后該類才能被使用。Proxy 靜態(tài)方法生成動態(tài)代理類同樣需要通過類裝載器來進行裝載才能使用，它與普通類的唯一區(qū)別就是其字節(jié)碼是由 JVM 在運行時動態(tài)生成的而非預存在于任何個 .class 文件中。
每次生成動態(tài)代理類對象時都需要指定一個類裝載器對象（參見 Proxy 靜態(tài)方法 4 的第一個參數(shù)）
代理機制及其特點
首先讓我們來了解一下如何使用 Java 動態(tài)代理。具體有如下四步驟：
1. 通過實現(xiàn) InvocationHandler 接口創(chuàng)建自己的調(diào)用處理器；
2. 通過為 Proxy 類指定 ClassLoader 對象和一組 interface 來創(chuàng)建動態(tài)代理類；
3. 通過反射機制獲得動態(tài)代理類的構造函數(shù)，其唯一參數(shù)類型是調(diào)用處理器接口類型；
4. 通過構造函數(shù)創(chuàng)建動態(tài)代理類實例，構造時調(diào)用處理器對象作為參數(shù)被傳入。
清單 3. 動態(tài)代理對象創(chuàng)建過程
// InvocationHandlerImpl 實現(xiàn)了 InvocationHandler 接口，并能實現(xiàn)方法調(diào)用從代理類到委托類的分派轉發(fā)
// 其內(nèi)部通常包含指向委托類實例的引用，用于真正執(zhí)行分派轉發(fā)過來的方法調(diào)用
InvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(..);
// 通過 Proxy 為包括 Interface 接口在內(nèi)的一組接口動態(tài)創(chuàng)建代理類的類對象
Class clazz = Proxy.getProxyClass(classLoader, new Class[] { Interface.class, ... });
// 通過反射從生成的類對象獲得構造函數(shù)對象
Constructor constructor = clazz.getConstructor(new Class[] { InvocationHandler.class });
// 通過構造函數(shù)對象創(chuàng)建動態(tài)代理類實例
Interface Proxy = (Interface)constructor.newInstance(new Object[] { handler });
實際使用過程更加簡單，因為 Proxy 的靜態(tài)方法 newProxyInstance 已經(jīng)為我們封裝了步驟 2 到步驟 4 的過程，所以簡化后的過程如
清單 4. 簡化的動態(tài)代理對象創(chuàng)建過程
// InvocationHandlerImpl 實現(xiàn)了 InvocationHandler 接口，并能實現(xiàn)方法調(diào)用從代理類到委托類的分派轉發(fā)
InvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(..);
// 通過 Proxy 直接創(chuàng)建動態(tài)代理類實例
Interface proxy = (Interface)Proxy.newProxyInstance( classLoader,
new Class[] { Interface.class },
handler );
下面我們來看一個簡單實現(xiàn)動態(tài)代理的例子：
1.代理類和真實類接口：
public interface Subject
{
public void request();
}
2.真實類：
public class RealSubject implements Subject
{
public void request()
{
System.out.println("From real subject!");
}}
3.具體代理類：
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
public class DynamicSubject implements InvocationHandler
{
private Object sub;
public DynamicSubject(Object obj)
{
this.sub = obj;
}
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
throws Throwable
{
System.out.println("before calling: " + method);
method.invoke(sub, args);
System.out.println(args == null);
System.out.println("after calling: " + method);
return null;
}
注：該代理類的內(nèi)部屬性是Object類型，實際使用的時候通過該類的構造方法傳遞進來一個對象。 此外，該類還實現(xiàn)了invoke方法，該方法中的method.invoke其實就是調(diào)用被代理對象的將要 執(zhí)行的方法，方法參數(shù)是sub，表示該方法從屬于sub，通過動態(tài)代理類，我們可以在執(zhí)行真實對象的方法前后加入自己的一些額外方法。
4.客戶端調(diào)用示例：
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Proxy;
public class Client
{
public static void main(String[] args)
{
RealSubject realSubject = new RealSubject();
InvocationHandler handler = new DynamicSubject(realSubject);
Class<?> classType = handler.getClass();
// 下面的代碼一次性生成代理
Subject subject = (Subject) Proxy.newProxyInstance(classType
.getClassLoader(), realSubject.getClass().getInterfaces(),
handler);
subject.request();
System.out.println(subject.getClass());
}
}
接下來讓我們來了解一下 Java 動態(tài)代理機制 Proxy 的構造方法：
清單 6. Proxy 構造方法
// 由于 Proxy 內(nèi)部從不直接調(diào)用構造函數(shù)，所以 private 類型意味著禁止任何調(diào)用
private Proxy() {}
// 由于 Proxy 內(nèi)部從不直接調(diào)用構造函數(shù)，所以 protected 意味著只有子類可以調(diào)用
protected Proxy(InvocationHandler h) {this.h = h;}
接著，可以快速瀏覽一下 newProxyInstance 方法，因為其相當簡單：
清單 7. Proxy 靜態(tài)方法 newProxyInstance
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
Class<?>[] interfaces,
InvocationHandler h)
throws IllegalArgumentException {
// 檢查 h 不為空，否則拋異常
if (h == null) {
throw new NullPointerException();
}
// 獲得與制定類裝載器和一組接口相關的代理類類型對象
Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);
// 通過反射獲取構造函數(shù)對象并生成代理類實例
try {
Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });
} catch (NoSuchMethodException e) { throw new InternalError(e.toString());
} catch (IllegalAccessException e) { throw new InternalError(e.toString());
} catch (InstantiationException e) { throw new InternalError(e.toString());
} catch (InvocationTargetException e) { throw new InternalError(e.toString());
}
}
由此可見，動態(tài)代理真正的關鍵是在 getProxyClass 方法，該方法負責為一組接口動態(tài)地生成代理類類型對象。
有很多條理由，人們可以否定對 class 代理的必要性，但是同樣有一些理由，相信支持 class 動態(tài)代理會更美好。接口和類的劃分，本就不是很明顯，只是到了 Java 中才變得如此的細化。如果只從方法的聲明及是否被定義來考量，有一種兩者的混合體，它的名字叫抽象類。實現(xiàn)對抽象類的動態(tài)代理，相信也有其內(nèi)在的價值。此 外，還有一些歷史遺留的類，它們將因為沒有實現(xiàn)任何接口而從此與動態(tài)代理永世無緣。如此種種，不得不說是一個小小的遺憾。
但是，不完美并不等于不偉大，偉大是一種本質(zhì)，Java 動態(tài)代理就是佐例。
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