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關(guān)于Java的動(dòng)態(tài)代理機(jī)制

 更新時(shí)間：2023年05月11日 08:38:02   作者：hello-java-maker  
這篇文章主要介紹了關(guān)于Java的動(dòng)態(tài)代理機(jī)制,動(dòng)態(tài)代理就是，在程序運(yùn)行期，創(chuàng)建目標(biāo)對(duì)象的代理對(duì)象，并對(duì)目標(biāo)對(duì)象中的方法進(jìn)行功能性增強(qiáng)的一種技術(shù),需要的朋友可以參考下

靜態(tài)代理

常規(guī)的代理模式有以下三個(gè)部分組成：

功能接口

interface IFunction {
	void doAThing();
}

功能提供者

class FunctionProvider implement IFunction {
	public void doAThing {
		System.out.print("do A");
	}
}

功能代理者

class Proxy implement IFunction {
	private FunctionProvider provider;
	Proxy(FunctionProvider provider) {
		this.provider = provider;
	}
	public void doAThing {
		provider.doAThing();
	}
}

前兩者就是普通的接口和實(shí)現(xiàn)類，而第三個(gè)就是所謂的代理類。對(duì)于使用者而言，他會(huì)讓代理類去完成某件任務(wù)，并不關(guān)心這件任務(wù)具體的跑腿者。

這就是靜態(tài)代理，好處是方便調(diào)整變換具體實(shí)現(xiàn)類，而使用者不會(huì)受到任何影響。

不過這種方式也存在弊端：比如有多個(gè)接口需要進(jìn)行代理，那么就要為每一個(gè)功能提供者創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的一個(gè)代理類，那就會(huì)越來越龐大。而且，所謂的“靜態(tài)”代理，意味著必須提前知道被代理的委托類。

通過下面一個(gè)例子來說明下：

統(tǒng)計(jì)函數(shù)耗時(shí)–靜態(tài)代理實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)在希望通過一個(gè)代理類，對(duì)我感興趣的方法進(jìn)行耗時(shí)統(tǒng)計(jì)，利用靜態(tài)代理有如下實(shí)現(xiàn)：

interface IAFunc {
	void doA();
}
interface IBFunc {
	void doB();
}
class TimeConsumeProxy implement IAFunc, IBFunc {
	private AFunc a;
	private BFunc b;
	public(AFunc a, BFunc b) {
		this.a = a;
		this.b = b;
	}
	void doA() {
		long start = System.currentMillions();
		a.doA();
		System.out.println("耗時(shí)：" + (System.currentMillions() - start));
	}
	void doB() {
		long start = System.currentMillions();
		b.doB();
		System.out.println("耗時(shí)：" + (System.currentMillions() - start));
	}
}

弊端很明顯，如果接口越多，每新增一個(gè)函數(shù)都要去修改這個(gè) TimeConsumeProxy 代理類：把委托類對(duì)象傳進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)接口，在函數(shù)執(zhí)行前后統(tǒng)計(jì)耗時(shí)。

這種方式顯然不是可持續(xù)性的，下面來看下使用動(dòng)態(tài)代理的實(shí)現(xiàn)方式，進(jìn)行對(duì)比。 ###動(dòng)態(tài)代理

動(dòng)態(tài)代理的核心思想是通過 Java Proxy 類，為傳入進(jìn)來的任意對(duì)象動(dòng)態(tài)生成一個(gè)代理對(duì)象，這個(gè)代理對(duì)象默認(rèn)實(shí)現(xiàn)了原始對(duì)象的所有接口。

還是通過統(tǒng)計(jì)函數(shù)耗時(shí)例子來說明更加直接。

統(tǒng)計(jì)函數(shù)耗時(shí)–動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)

interface IAFunc {
	void doA();
}
interface IBFunc {
	void doB();
}
class A implement IAFunc { ... }
class B implement IBFunc { ... }
class TimeConsumeProxy implements InvocationHandler {
	private Object realObject;
	public Object bind(Object realObject) {
		this.realObject = realObject;
		Object proxyObject = Proxy.newInstance(
			realObject.getClass().getClassLoader(),
			realObject.getClass().getInterfaces(),
			this
		);
		return proxyObject;
	}
	@Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        long start = System.currentMillions();
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("耗時(shí)：" + (System.currentMillions() - start));
        return result;
    }
}

具體使用時(shí)：

public static void main(String[] args) {
	A a = new A();
	IAFunc aProxy = (IAFunc) new TimeConsumeProxy().bind(a);
	aProxy.doA();
	B b = new B();
	IBFunc bProxy = (IBFunc) new TimeConsumeProxy().bind(b);
	bProxy.doB();	
}

這里最大的區(qū)別就是：代理類和委托類 互相透明獨(dú)立，邏輯沒有任何耦合，在運(yùn)行時(shí)才綁定在一起。這也就是靜態(tài)代理與動(dòng)態(tài)代理最大的不同，帶來的好處就是：無論委托類有多少個(gè)，代理類不受到任何影響，而且在編譯時(shí)無需知道具體委托類。

回到動(dòng)態(tài)代理本身，上面代碼中最重要的就是:

Object proxyObject = Proxy.newInstance(
			realObject.getClass().getClassLoader(),
			realObject.getClass().getInterfaces(),
			this
		);

通過 Proxy 工具，把真實(shí)委托類轉(zhuǎn)換成了一個(gè)代理類，最開始提到了一個(gè)代理模式的三要素：功能接口、功能提供者、功能代理者；在這里對(duì)應(yīng)的就是：realObject.getClass().getInterfaces()，realObject，TimeConsumeProxy。

其實(shí)動(dòng)態(tài)代理并不復(fù)雜，通過一個(gè) Proxy 工具，為委托類的接口自動(dòng)生成一個(gè)代理對(duì)象，后續(xù)的函數(shù)調(diào)用都通過這個(gè)代理對(duì)象進(jìn)行發(fā)起，最終會(huì)執(zhí)行到 InvocationHandler#invoke 方法，在這個(gè)方法里除了調(diào)用真實(shí)委托類對(duì)應(yīng)的方法，還可以做一些其他自定義的邏輯，比如上面的運(yùn)行耗時(shí)統(tǒng)計(jì)等。

探索動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)機(jī)制

好了，上面我們已經(jīng)把動(dòng)態(tài)代理的基本用法及為什么要用動(dòng)態(tài)代理進(jìn)行了講解，很多文章到這里也差不多了，不過我們還準(zhǔn)備進(jìn)一步探索一下給感興趣的讀者。

拋出幾個(gè)問題：

上面生成的代理對(duì)象 Object proxyObject 究竟是個(gè)什么東西？為什么它可以轉(zhuǎn)型成 IAFunc，還能調(diào)用doA() 方法？ 這個(gè) proxyObject 是怎么生成出來的？它是一個(gè) class 嗎？

下面我先給出答案，再一步步探究這個(gè)答案是如何來的。 問題一: proxyObject 究竟是個(gè)什么 -> 動(dòng)態(tài)生成的 $Proxy0.class 文件

在調(diào)用 Proxy.newInstance 后，Java 最終會(huì)為委托類 A 生成一個(gè)真實(shí)的 class 文件：$Proxy0.class，而 proxyObject 就是這個(gè) class 的一個(gè)實(shí)例。

猜一下，這個(gè) $Proxy0.class 類長(zhǎng)什么樣呢，包含了什么方法呢？回看下剛剛的代碼：

IAFunc aProxy = (IAFunc) new TimeConsumeProxy().bind(a);
aProxy.doA();

推理下，顯然這個(gè) $Proxy0.class 實(shí)現(xiàn)了 IAFunc 接口，同時(shí)它內(nèi)部也實(shí)現(xiàn)了 doA() 方法，而且重點(diǎn)是：這個(gè) doA() 方法在運(yùn)行時(shí)會(huì)執(zhí)行到 TimeConsumeProxy#invoke() 方法里。

重點(diǎn)來了！下面我們來看下這個(gè) $Proxy0.class 文件，把它放進(jìn) IDE 反編譯下，可以看到如下內(nèi)容，來驗(yàn)證下剛剛的猜想：

final class $Proxy0 extends Proxy implements IAFunc {
    private static Method m1;
    private static Method m3;
    private static Method m2;
    private static Method m0;
    public $Proxy0(InvocationHandler var1) throws  {
        super(var1);
    }
    public final boolean equals(Object var1) throws  {
        // 省略
    }
    public final void doA() throws  {
        try {
        	// 劃重點(diǎn)
            super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }
    public final String toString() throws  {
        // 省略
    }
    public final int hashCode() throws  {
        // 省略
    }
    static {
        try {
        	// 劃重點(diǎn)
            m3 = Class.forName("proxy.IAFunc").getMethod("doA", new Class[0]);
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[]{Class.forName("java.lang.Object")});
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
        } catch (NoSuchMethodException var2) {
            throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());
        } catch (ClassNotFoundException var3) {
            throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());
        }
    }
}

沒錯(cuò)，剛剛的猜想都中了！實(shí)現(xiàn)了 IAFunc 接口和 doA() 方法，不過，doA()里是什么鬼？

super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);

回看下，TimeConsumeProxy里面的 invoke 方法，它的函數(shù)簽名是啥？

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

沒錯(cuò)，doA()里做的就是調(diào)用 TimeConsumeProxy#invoke() 方法。

那么也就是說，下面這段代碼執(zhí)行流程如下：

IAFunc aProxy = (IAFunc) new TimeConsumeProxy().bind(a);aProxy.doA();

基于傳入的委托類 A，生成一個(gè)$Proxy0.class 文件； 創(chuàng)建一個(gè) $Proxy0.class 對(duì)象，轉(zhuǎn)型為 IAFunc 接口； 調(diào)用 aProxy.doA() 時(shí)，自動(dòng)調(diào)用 TimeConsumeProxy 內(nèi)部的 invoke 方法。

問題二：proxyObject 是怎么一步步生成出來的 -> $Proxy0.class 文件生成流程

剛剛從末尾看了結(jié)果，現(xiàn)在我們回到代碼的起始端來看：

Object proxyObject = Proxy.newInstance(
			realObject.getClass().getClassLoader(),
			realObject.getClass().getInterfaces(),
			this
		);

準(zhǔn)備好，開始發(fā)車讀源碼了。我會(huì)截取重要的代碼并加上注釋。

先看Proxy.newInstance():

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
                                      Class<?>[] interfaces,
                                      InvocationHandler h) {
    // 復(fù)制要代理的接口                                  	
	final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
	// 重點(diǎn)：生成 $Proxy0.class 文件并通過 ClassLoader 加載進(jìn)來
	Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
	// 對(duì) $Proxy0.class 生成一個(gè)實(shí)例，就是 `proxyObject`
	final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
	return cons.newInstance(new Object[]{h});
}

再來看 getProxyClass0 的具體實(shí)現(xiàn)：ProxyClassFactory工廠類：

@Override
public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {
	// 參數(shù)為 ClassLoader 和要代理的接口
	Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
	// 1. 驗(yàn)證 ClassLoader 和接口有效性
	for (Class<?> intf : interfaces) {
		// 驗(yàn)證 classLoader 正確性
		Class<?> interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader);
		if (interfaceClass != intf) {
            throw new IllegalArgumentException(
                intf + " is not visible from class loader");
        }
		// 驗(yàn)證傳入的接口 class 有效
		if (!interfaceClass.isInterface()) { ... } 
		// 驗(yàn)證接口是否重復(fù)
		if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) { ... }
	}
	// 2. 創(chuàng)建包名及類名 $Proxy0.class
	proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
	long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
    String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
    // 3. 創(chuàng)建 class 字節(jié)碼內(nèi)容
    byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces, accessFlags);
    // 4. 基于字節(jié)碼和類名，生成 Class<?> 對(duì)象
    return defineClass0(loader, proxyName, proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
}

再看下第三步生成 class 內(nèi)容 ProxyGenerator.generateProxyClass：

// 添加 hashCode equals toString 方法
addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);
addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);
addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);
// 添加委托類的接口實(shí)現(xiàn)
for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
    Method[] methods = interfaces[i].getMethods();
    for (int j = 0; j < methods.length; j++) {
         addProxyMethod(methods[j], interfaces[i]);
    }
}
// 添加構(gòu)造函數(shù)
methods.add(this.generateConstructor());

這里構(gòu)造好了類的內(nèi)容：添加必要的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)接口，構(gòu)造函數(shù)等，下面就是要寫入上一步看到的 $Proxy0.class 了。

ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
DataOutputStream dout = new DataOutputStream(bout);
dout.writeInt(0xCAFEBABE);
...
dout.writeShort(ACC_PUBLIC | ACC_FINAL | ACC_SUPER);
...
return bout.toByteArray();

到這里就生成了第一步看到的 $Proxy0.class 文件了，完成閉環(huán)，講解完成！ ###動(dòng)態(tài)代理小結(jié)

通過上面的講解可以看出，動(dòng)態(tài)代理可以隨時(shí)為任意的委托類進(jìn)行代理，并可以在 InvocationHandler#invoke 拿到運(yùn)行時(shí)的信息，并可以做一些切面處理。

在動(dòng)態(tài)代理背后，其實(shí)是為一個(gè)委托類動(dòng)態(tài)生成了一個(gè) $Proxy0.class 的代理類，該代理類會(huì)實(shí)現(xiàn)委托類的接口，并把接口調(diào)用轉(zhuǎn)發(fā)到 InvocationHandler#invoke 上，最終調(diào)用到真實(shí)委托類的對(duì)應(yīng)方法。

動(dòng)態(tài)代理機(jī)制把委托類和代理類進(jìn)行了隔離，提高了擴(kuò)展性。 ###Java 動(dòng)態(tài)代理與 Python 裝飾器

這是 Java 語言提供的一個(gè)有意思的語言特性，而其實(shí) Python 里也提供了一種類似的特性：裝飾器，可以達(dá)到類似的面相切面編程思想，下次有空再把兩者做下對(duì)比，這次先到這。

到此這篇關(guān)于關(guān)于Java的動(dòng)態(tài)代理機(jī)制的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java的動(dòng)態(tài)代理機(jī)制內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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