詳解Java動(dòng)態(tài)代理的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

更新時(shí)間：2016年03月21日 17:24:08 作者：溫布利往事

這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了Java動(dòng)態(tài)代理的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，感興趣的小伙伴們可以參考一下

一、概述
　　代理是一種設(shè)計(jì)模式，其目的是為其他對(duì)象提供一個(gè)代理以控制對(duì)某個(gè)對(duì)象的訪問，代理類負(fù)責(zé)為委托類預(yù)處理消息，過濾消息并轉(zhuǎn)發(fā)消息以及進(jìn)行消息被委托類執(zhí)行后的后續(xù)處理。為了保持行為的一致性，代理類和委托類通常會(huì)實(shí)現(xiàn)相同的接口。

　　按照代理的創(chuàng)建時(shí)期，代理類可分為兩種：

靜態(tài)代理：由程序員創(chuàng)建代理類或特定工具自動(dòng)生成源代碼再對(duì)其編譯，也就是說在程序運(yùn)行前代理類的.class文件就已經(jīng)存在。
動(dòng)態(tài)代理：在程序運(yùn)行時(shí)運(yùn)用反射機(jī)制動(dòng)態(tài)創(chuàng)建生成。
　　下面在將動(dòng)態(tài)代理的實(shí)現(xiàn)機(jī)制之前先簡單介紹一下靜態(tài)代理。

二、靜態(tài)代理
　　上面說過，代理類和委托類一般都要實(shí)現(xiàn)相同的接口，下面先定義這個(gè)接口：

public interface Service
{  
  public void add();
}

委托類作為接口的一種實(shí)現(xiàn)，定義如下：

public class ServiceImpl implements Service
{
  public void add()
  {
    System.out.println("添加用戶！");
    
  }
}

假如我們要對(duì)委托類加一些日志的操作，代理類可做如下定義：

public class ServiceProxy implements Service
{
  private Service service;
  public ServiceProxy(Service service)
  {
    super();
    this.service = service;
  }
  public void add()
  {
    System.out.println("服務(wù)開始");
    service.add();
    System.out.println("服務(wù)結(jié)束");
  }
}

編寫測試類：

public class TestMain
{
  public static void main(String[] args)
  {
    Service serviceImpl=new ServiceImpl();
    Service proxy=new ServiceProxy(serviceImpl);
    proxy.add();
  }
}

運(yùn)行測試程序，結(jié)果如下圖：

　　從上面的代碼可以看到，靜態(tài)代理類只能為特定的接口服務(wù)，如果要服務(wù)多類型的對(duì)象，就要為每一種對(duì)象進(jìn)行代理。我們就會(huì)想是否可以通過一個(gè)代理類完成全部的代理功能，于是引入的動(dòng)態(tài)代理的概念。

三、動(dòng)態(tài)代理
　　Java的動(dòng)態(tài)代理主要涉及兩個(gè)類，Proxy和InvocationHandler。

　　Proxy：提供了一組靜態(tài)方法來為一組接口動(dòng)態(tài)地生成代理類及其對(duì)象。

// 方法 1: 該方法用于獲取指定代理對(duì)象所關(guān)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(guān)聯(lián)于指定類裝載器和一組接口的動(dòng)態(tài)代理類的類對(duì)象
static Class getProxyClass(ClassLoader loader, Class[] interfaces)

// 方法 3：該方法用于判斷指定類對(duì)象是否是一個(gè)動(dòng)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(dòng)態(tài)代理類實(shí)例
static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces,InvocationHandler h)

　　InvocationHandler：它是調(diào)用處理器接口，自定義了一個(gè)invok方法，用于集中處理在動(dòng)態(tài)代理類對(duì)象上的方法調(diào)用，通常在該方法中實(shí)現(xiàn)對(duì)委托類的代理訪問

// 該方法負(fù)責(zé)集中處理動(dòng)態(tài)代理類上的所有方法調(diào)用。第一個(gè)參數(shù)既是代理類實(shí)例，第二個(gè)參數(shù)是被調(diào)用的方法對(duì)象
// 第三個(gè)方法是調(diào)用參數(shù)。調(diào)用處理器根據(jù)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行預(yù)處理或分派到委托類實(shí)例上發(fā)射執(zhí)行
Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)

實(shí)現(xiàn)Java的動(dòng)態(tài)代理，具體有以下四個(gè)步驟：

1、通過實(shí)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(duì)象和一組interface來創(chuàng)建動(dòng)態(tài)代理類
3、通過反射機(jī)制獲得動(dòng)態(tài)代理類的構(gòu)造函數(shù)，其唯一參數(shù)類型是調(diào)用處理器類接口類型
4、通過構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)代理類實(shí)例，構(gòu)造時(shí)調(diào)用處理器對(duì)象作為參數(shù)被傳入

下面根據(jù)上述的四個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)自己的動(dòng)態(tài)代理的示例：

接口和接口的實(shí)現(xiàn)類(即委托類)跟上面靜態(tài)代理的代碼一樣，這里我們來實(shí)現(xiàn)InvocationHandler接口創(chuàng)建自己的調(diào)用處理器

public class ServiceHandle implements InvocationHandler
{
  private Object s;
  
  public ServiceHandle(Object s)
  {
    this.s = s;
  }
  public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
      throws Throwable
  {
    System.out.println("服務(wù)開始");
    //invoke表示對(duì)帶有指定參數(shù)的指定對(duì)象調(diào)用由此 Method 對(duì)象表示的底層方法
    Object result=method.invoke(s, args);
    System.out.println("服務(wù)結(jié)束");
    return result;
  }
}

編寫測試類：

public class TestMain
{
  public static void main(String[] args)
  {
    Service service=new ServiceImpl();
    InvocationHandler handler=new ServiceHandle(service);
    Service s=(Service) Proxy.newProxyInstance(service.getClass().getClassLoader(), service.getClass().getInterfaces(), handler);
    s.add();
  }
}

　　運(yùn)行測試程序，結(jié)果同靜態(tài)代理。我們可以看到上述代碼并沒有我們之前說的步驟2和3，這是因?yàn)镻rox的靜態(tài)方法newProxyInstance已經(jīng)為我們封裝了這兩個(gè)步驟。具體的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)如下：

// 通過 Proxy 為包括 Interface 接口在內(nèi)的一組接口動(dòng)態(tài)創(chuàng)建代理類的類對(duì)象
Class clazz = Proxy.getProxyClass(classLoader, new Class[] { Interface.class, ... });

// 通過反射從生成的類對(duì)象獲得構(gòu)造函數(shù)對(duì)象
Constructor constructor = clazz.getConstructor(new Class[] { InvocationHandler.class });

// 通過構(gòu)造函數(shù)對(duì)象創(chuàng)建動(dòng)態(tài)代理類實(shí)例
Interface Proxy = (Interface)constructor.newInstance(new Object[] { handler });

newProxyInstance函數(shù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)為:

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)throws IllegalArgumentException
　　{
       //檢查h不為空，否則拋異常
      Objects.requireNonNull(h);
      //獲得與制定類裝載器和一組接口相關(guān)的代理類類型對(duì)象
      final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
      
      //檢查接口類對(duì)象是否對(duì)類裝載器可見并且與類裝載器所能識(shí)別的接口類對(duì)象是完全相同的
      final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();  
      if (sm != null) 
      {
        checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
      }
      //獲得與制定類裝載器和一組接口相關(guān)的代理類類型對(duì)象
      Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
      try
      {
        if (sm != null) 
        {
          checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
        }
        // 通過反射獲取構(gòu)造函數(shù)對(duì)象并生成代理類實(shí)例
        final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
        final InvocationHandler ih = h;
        if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) 
        {
          AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() 
          {
            public Void run() 
            {
            cons.setAccessible(true);
            return null;
            }
          });
        }
        return cons.newInstance(new Object[]{h});
      } 
      catch (IllegalAccessException|InstantiationException e)
      {
        throw new InternalError(e.toString(), e);
      }
      catch (InvocationTargetException e) 
      {
        Throwable t = e.getCause();
        if (t instanceof RuntimeException) 
        {
          throw (RuntimeException) t;
        }
        else 
        {
          throw new InternalError(t.toString(), t);
        }
      } 
      catch (NoSuchMethodException e) 
      {
        throw new InternalError(e.toString(), e);
      }
　}

四、模擬實(shí)現(xiàn)Proxy類

根據(jù)上面的原理介紹，我們可以自己模擬實(shí)現(xiàn)Proxy類：

public class Proxy
{
  public static Object newProxyInstance(Class inface,InvocationHandle h) throws Exception
  {
    String rt="\r\n";
    String methodStr="";
    Method[] methods=inface.getMethods();
    for(Method m:methods)
    {
      methodStr+="@Override"+rt+
           "public void "+m.getName()+"()"+rt+"{" + rt +
          "  try {"+rt+
          " Method md="+inface.getName()+".class.getMethod(\""+m.getName()+"\");"+rt+
            "h.invoke(this,md);"+rt+
          "  } catch(Exception e){e.printStackTrace();}"+rt+
          
          "}";
    }
    String src="package test;"+rt+
        "import java.lang.reflect.Method;"+rt+
        "public class ServiceImpl2 implements "+inface.getName()+ rt+
        "{"+rt+
          "public ServiceImpl2(InvocationHandle h)"+rt+
          "{"+rt+
            "this.h = h;"+rt+
          "}"+rt+
          " test.InvocationHandle h;"+rt+
          methodStr+
        "}";
    String fileName="d:/src/test/ServiceImpl2.java";
    //compile
    compile(src, fileName);
    //load into memory and create instance
    Object m = loadMemory(h);
    
    return m;
  }
  private static void compile(String src, String fileName) throws IOException
  {
    File f=new File(fileName);
    FileWriter fileWriter=new FileWriter(f);
    fileWriter.write(src);
    fileWriter.flush();
    fileWriter.close();
    //獲取此平臺(tái)提供的Java編譯器
    JavaCompiler compiler=ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
    //獲取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)文件管理器實(shí)現(xiàn)的新實(shí)例
    StandardJavaFileManager fileManager=compiler.getStandardFileManager(null,null, null);
    //獲取表示給定文件的文件對(duì)象
    Iterable units=fileManager.getJavaFileObjects(fileName);
    //使用給定組件和參數(shù)創(chuàng)建編譯任務(wù)的 future
    CompilationTask t=compiler.getTask(null, fileManager, null, null, null, units);
    //執(zhí)行此編譯任務(wù)
    t.call();  
    fileManager.close();
  }
  private static Object loadMemory(InvocationHandle h)
      throws MalformedURLException, ClassNotFoundException,
      NoSuchMethodException, InstantiationException,
      IllegalAccessException, InvocationTargetException
  {
    URL[] urls=new URL[] {new URL("file:/"+"d:/src/")};
    //從路徑d:/src/加載類和資源
    URLClassLoader ul=new URLClassLoader(urls);
    Class c=ul.loadClass("test.ServiceImpl2");
    //返回Class對(duì)象所表示的類的指定公共構(gòu)造方法。  
    Constructor ctr=c.getConstructor(InvocationHandle.class);
    //使用此 Constructor對(duì)象ctr表示的構(gòu)造方法來創(chuàng)建該構(gòu)造方法的聲明類的新實(shí)例，并用指定的初始化參數(shù)初始化該實(shí)例
    Object m = ctr.newInstance(h);
    return m;
  }
}

五、總結(jié)
　　1、所謂的動(dòng)態(tài)代理就是這樣一種class，它是在運(yùn)行時(shí)生成的class，在生成它時(shí)你必須提供一組interface給它，然后改class就宣稱它實(shí)現(xiàn)了這些interface，但是其實(shí)它不會(huì)替你作實(shí)質(zhì)性的工作，而是根據(jù)你在生成實(shí)例時(shí)提供的參數(shù)handler(即InvocationHandler接口的實(shí)現(xiàn)類),由這個(gè)Handler來接管實(shí)際的工作。

　　2、Proxy的設(shè)計(jì)使得它只能支持interface的代理，Java的繼承機(jī)制注定了動(dòng)態(tài)代理類無法實(shí)現(xiàn)對(duì)class的動(dòng)態(tài)代理，因?yàn)槎嗬^承在Java中本質(zhì)上就行不通。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助。

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