Java动态代理

提到代理我们会想到设计模式中有代理模式，我们先了解代理模式是什么？

代理模式：

给某一个对象提供一个代理，并由代理对象来控制对真实对象的访问。代理模式是一种结构型设计模式。

代理模式角色分为 3 种：

Subject（抽象主题角色）：定义代理类和真实主题的公共对外方法，也是代理类代理真实主题的方法；
RealSubject（真实主题角色）：真正实现业务逻辑的类；
Proxy（代理主题角色）：用来代理和封装真实主题；

代理模式的结构比较简单，其核心是代理类，为了让客户端能够一致性地对待真实对象和代理对象，在代理模式中引入了抽象层。

代理模式按照职责（使用场景）来分类，至少可以分为以下几类：1、远程代理。 2、虚拟代理。 3、Copy-on-Write 代理。 4、保护（Protect or Access）代理。 5、Cache代理。 6、防火墙（Firewall）代理。 7、同步化（Synchronization）代理。 8、智能引用（Smart Reference）代理等等。

如果根据字节码的创建时机来分类，可以分为静态代理和动态代理：

• 所谓静态也就是在程序运行前就已经存在代理类的字节码文件，代理类和真实主题角色的关系在运行前就确定了。
• 而动态代理的源码是在程序运行期间由JVM根据反射等机制动态的生成，所以在运行前并不存在代理类的字节码文件

静态代理

我们先通过实例来学习静态代理，然后理解静态代理的缺点，再来学习本文的主角：动态代理

编写一个接口 UserService ，以及该接口的一个实现类 UserServiceImpl

public interface UserService {
    public void select();   
    public void update();
}

public class UserServiceImpl implements UserService {  
    public void select() {  
        System.out.println("查询 selectById");
    }
    public void update() {
        System.out.println("更新 update");
    }
}

我们将通过静态代理对 UserServiceImpl 进行功能增强，在调用select和update之前记录一些日志。写一个代理类 UserServiceProxy，代理类需要实现 UserService

public class UserServiceProxy implements UserService {
    private UserService target; // 被代理的对象

    public UserServiceProxy(UserService target) {
        this.target = target;
    }
    public void select() {
        before();
        target.select();    // 这里才实际调用真实主题角色的方法
        after();
    }
    public void update() {
        before();
        target.update();    // 这里才实际调用真实主题角色的方法
        after();
    }

    private void before() {     // 在执行方法之前执行
        System.out.println(String.format("log start time [%s] ", new Date()));
    }
    private void after() {      // 在执行方法之后执行
        System.out.println(String.format("log end time [%s] ", new Date()));
    }
}

客户端测试

public class Client1 {
    public static void main(String[] args) {
        UserService userServiceImpl = new UserServiceImpl();
        UserService proxy = new UserServiceProxy(userServiceImpl);

        proxy.select();
        proxy.update();
    }
}

输出

log start time [Thu Dec 20 14:13:25 CST 2018] 
查询 selectById
log end time [Thu Dec 20 14:13:25 CST 2018] 
log start time [Thu Dec 20 14:13:25 CST 2018] 
更新 update
log end time [Thu Dec 20 14:13:25 CST 2018] 

通过静态代理，我们达到了功能增强的目的，而且没有侵入原代码，这是静态代理的一个优点。

静态代理的缺点
虽然静态代理实现简单，且不侵入原代码，但是，当场景稍微复杂一些的时候，静态代理的缺点也会暴露出来。

1、 当需要代理多个类的时候，由于代理对象要实现与目标对象一致的接口，有两种方式：

• 只维护一个代理类，由这个代理类实现多个接口，但是这样就导致代理类过于庞大
• 新建多个代理类，每个目标对象对应一个代理类，但是这样会产生过多的代理类

2、 当接口需要增加、删除、修改方法的时候，目标对象与代理类都要同时修改，不易维护。

如何改进？

当然是让代理类动态的生成啦，也就是动态代理。

动态代理

为什么类可以动态的生成？

这就涉及到Java虚拟机的类加载机制了，推荐翻看《深入理解Java虚拟机》7.3节 类加载的过程。

Java虚拟机类加载过程主要分为五个阶段：加载、验证、准备、解析、初始化。其中加载阶段需要完成以下3件事情：

1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
3. 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象，作为方法区这个类的各种数据访问入口

关于第1点，获取类的二进制字节流（class字节码）就有很多途径：

• 从ZIP包获取，这是JAR、EAR、WAR等格式的基础
• 从网络中获取，典型的应用是 Applet
• 运行时计算生成，这种场景使用最多的是动态代理技术，在 java.lang.reflect.Proxy 类中，就是用了 ProxyGenerator.generateProxyClass 来为特定接口生成形式为 *$Proxy 的代理类的二进制字节流
• 由其它文件生成，典型应用是JSP，即由JSP文件生成对应的Class类
• 从数据库中获取等等

所以，动态代理就是想办法，根据接口或目标对象，计算出代理类的字节码，然后再加载到JVM中使用。但是如何计算？如何生成？情况也许比想象的复杂得多，我们需要借助现有的方案。

实现动态代理的思考方向

为了让生成的代理类与目标对象（真实主题角色）保持一致性，从现在开始将介绍以下两种最常见的方式：

1. 通过实现接口的方式 -> JDK动态代理
2. 通过继承类的方式 -> CGLIB动态代理

JDK动态代理

JDK动态代理主要涉及两个类：java.lang.reflect.Proxy 和 java.lang.reflect.InvocationHandler，我们仍然通过案例来学习编写一个调用逻辑处理器 LogHandler 类，提供日志增强功能，并实现 InvocationHandler 接口；在 LogHandler 中维护一个目标对象，这个对象是被代理的对象（真实主题角色）；在 invoke 方法中编写方法调用的逻辑处理。

public class LogHandler implements InvocationHandler {
    Object target;  // 被代理的对象，实际的方法执行者

    public LogHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        before();
        Object result = method.invoke(target, args);  // 调用 target 的 method 方法
        after();
        return result;  // 返回方法的执行结果
    }
    // 调用invoke方法之前执行
    private void before() {
        System.out.println(String.format("log start time [%s] ", new Date()));
    }
    // 调用invoke方法之后执行
    private void after() {
        System.out.println(String.format("log end time [%s] ", new Date()));
    }
}

编写客户端，获取动态生成的代理类的对象须借助 Proxy 类的 newProxyInstance 方法，具体步骤可见代码和注释

public class Client2 {
    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InstantiationException {
        // 设置变量可以保存动态代理类，默认名称以 $Proxy0 格式命名
        // System.getProperties().setProperty("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
        // 1. 创建被代理的对象，UserService接口的实现类
        UserServiceImpl userServiceImpl = new UserServiceImpl();
        // 2. 获取对应的 ClassLoader
        ClassLoader classLoader = userServiceImpl.getClass().getClassLoader();
        // 3. 获取所有接口的Class，这里的UserServiceImpl只实现了一个接口UserService，
        Class[] interfaces = userServiceImpl.getClass().getInterfaces();
        // 4. 创建一个将传给代理类的调用请求处理器，处理所有的代理对象上的方法调用
        //     这里创建的是一个自定义的日志处理器，须传入实际的执行对象 userServiceImpl
        InvocationHandler logHandler = new LogHandler(userServiceImpl);
        /*
		   5.根据上面提供的信息，创建代理对象 在这个过程中，
               a.JDK会通过根据传入的参数信息动态地在内存中创建和.class 文件等同的字节码
               b.然后根据相应的字节码转换成对应的class，
               c.然后调用newInstance()创建代理实例
		 */
        UserService proxy = (UserService) Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, logHandler);
        // 调用代理的方法
        proxy.select();
        proxy.update();
        
        // 保存JDK动态代理生成的代理类，类名保存为 UserServiceProxy
        // ProxyUtils.generateClassFile(userServiceImpl.getClass(), "UserServiceProxy");
    }
}

InvocationHandler 和 Proxy 的主要方法介绍如下：

java.lang.reflect.InvocationHandler

Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)定义了代理对象调用方法时希望执行的动作，用于集中处理在动态代理类对象上的方法调用

java.lang.reflect.Proxy

static InvocationHandler getInvocationHandler(Object proxy)用于获取指定代理对象所关联的调用处理器

static Class<?> getProxyClass(ClassLoader loader, Class<?>... interfaces)返回指定接口的代理类

static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h) 构造实现指定接口的代理类的一个新实例，所有方法会调用给定处理器对象的 invoke 方法

static boolean isProxyClass(Class<?> cl)返回 cl 是否为一个代理类

JDK动态代理执行方法调用的过程简图如下：

CGLIB动态代理

maven引入CGLIB包，然后编写一个UserDao类，它没有接口，只有两个方法，select() 和 update()

public class UserDao {
    public void select() {
        System.out.println("UserDao 查询 selectById");
    }
    public void update() {
        System.out.println("UserDao 更新 update");
    }
}

编写一个 LogInterceptor ，继承了 MethodInterceptor，用于方法的拦截回调

public class LogInterceptor implements MethodInterceptor {
    /**
     * @param object 表示要进行增强的对象
     * @param method 表示拦截的方法
     * @param objects 数组表示参数列表，基本数据类型需要传入其包装类型，如int-->Integer、long-Long、double-->Double
     * @param methodProxy 表示对方法的代理，invokeSuper方法表示对被代理对象方法的调用
     * @return 执行结果
     * @throws Throwable
     */
    @Override
    public Object intercept(Object object, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        before();
        Object result = methodProxy.invokeSuper(object, objects);   // 注意这里是调用 invokeSuper 而不是 invoke，否则死循环，methodProxy.invokesuper执行的是原始类的方法，method.invoke执行的是子类的方法
        after();
        return result;
    }
    private void before() {
        System.out.println(String.format("log start time [%s] ", new Date()));
    }
    private void after() {
        System.out.println(String.format("log end time [%s] ", new Date()));
    }
}

测试：

public class CglibTest {
    public static void main(String[] args) {
        DaoProxy daoProxy = new DaoProxy(); 
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(Dao.class);  // 设置超类，cglib是通过继承来实现的
        enhancer.setCallback(daoProxy);

        Dao dao = (Dao)enhancer.create();   // 创建代理类
        dao.update();
        dao.select();
    }
}

CGLIB 创建动态代理类的模式是：

1. 查找目标类上的所有非final 的public类型的方法定义；
2. 将这些方法的定义转换成字节码；
3. 将组成的字节码转换成相应的代理的class对象；
4. 实现 MethodInterceptor接口，用来处理对代理类上所有方法的请求

JDK动态代理与CGLIB动态代理对比

JDK动态代理：基于Java反射机制实现，必须要实现了接口的业务类才能用这种办法生成代理对象。

cglib动态代理：基于ASM机制实现，通过生成业务类的子类作为代理类。