java 代理模式及動(dòng)態(tài)代理機(jī)制深入分析
代理設(shè)計(jì)模式
代理是一種常用的設(shè)計(jì)模式，其目的就是為其他對(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。
代理模式的作用是：為其他對(duì)象提供一種代理以控制對(duì)這個(gè)對(duì)象的訪問。在某些情況下，一個(gè)客戶不想或者不能直接引用另一個(gè)對(duì)象，而代理對(duì)象可以在客戶端和目標(biāo)對(duì)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(shí)對(duì)象和代理對(duì)象的共同接口；
代理角色：代理對(duì)象角色內(nèi)部含有對(duì)真實(shí)對(duì)象的引用，從而可以操作真實(shí)對(duì)象，同時(shí)代理對(duì)象提供與真實(shí)對(duì)象相同的接口以便
在任何時(shí)刻都能代替真實(shí)對(duì)象。同時(shí)，代理對(duì)象可以在執(zhí)行真實(shí)對(duì)象操作時(shí)，附加其他的操作，相當(dāng)于對(duì)真實(shí)對(duì)象進(jìn)行封裝。
真實(shí)角色：代理角色所代表的真實(shí)對(duì)象，是我們最終要引用的對(duì)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(huì)實(shí)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(duì)委托 類對(duì)象的直接訪問，也可以很好地隱藏和保護(hù)委托類對(duì)象，同時(shí)也為實(shí)施不同控制策略預(yù)留了空間，從而在設(shè)計(jì)上獲得了更大的靈活性。Java 動(dòng)態(tài)代理機(jī)制以巧妙的方式近乎完美地實(shí)踐了代理模式的設(shè)計(jì)理念。
java動(dòng)態(tài)代理
相關(guān)的類和接口
要了解 Java 動(dòng)態(tài)代理的機(jī)制，首先需要了解以下相關(guān)的類或接口：
· java.lang.reflect.Proxy：這是 Java 動(dòng)態(tài)代理機(jī)制的主類，它提供了一組靜態(tài)方法來為一組接口動(dòng)態(tài)地生成代理類及其對(duì)象。
清單 1. Proxy 的靜態(tài)方法
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// 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) |
java.lang.reflect.InvocationHandler：這是調(diào)用處理器接口，它自定義了一個(gè) invoke 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。
清單 2. InvocationHandler 的核心方法
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// 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) |
每次生成動(dòng)態(tài)代理類對(duì)象時(shí)都需要指定一個(gè)實(shí)現(xiàn)了該接口的調(diào)用處理器對(duì)象（參見 Proxy 靜態(tài)方法 4 的第三個(gè)參數(shù)）。
· java.lang.ClassLoader：這是類裝載器類，負(fù)責(zé)將類的字節(jié)碼裝載到 Java 虛擬機(jī)（JVM）中并為其定義類對(duì)象，然后該類才能被使用。Proxy 靜態(tài)方法生成動(dòng)態(tài)代理類同樣需要通過類裝載器來進(jìn)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(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)生成的而非預(yù)存在于任何個(gè) .class 文件中。
每次生成動(dòng)態(tài)代理類對(duì)象時(shí)都需要指定一個(gè)類裝載器對(duì)象（參見 Proxy 靜態(tài)方法 4 的第一個(gè)參數(shù)）
代理機(jī)制及其特點(diǎn)
首先讓我們來了解一下如何使用 Java 動(dòng)態(tài)代理。具體有如下四步驟：
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。
清單 3. 動(dòng)態(tài)代理對(duì)象創(chuàng)建過程
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// InvocationHandlerImpl 實(shí)現(xiàn)了 InvocationHandler 接口，并能實(shí)現(xiàn)方法調(diào)用從代理類到委托類的分派轉(zhuǎn)發(fā) // 其內(nèi)部通常包含指向委托類實(shí)例的引用，用于真正執(zhí)行分派轉(zhuǎn)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(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 }); |
實(shí)際使用過程更加簡單，因?yàn)?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(dòng)態(tài)代理對(duì)象創(chuàng)建過程
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// InvocationHandlerImpl 實(shí)現(xiàn)了 InvocationHandler 接口，并能實(shí)現(xiàn)方法調(diào)用從代理類到委托類的分派轉(zhuǎn)發(fā) InvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(..); // 通過 Proxy 直接創(chuàng)建動(dòng)態(tài)代理類實(shí)例 Interface proxy = (Interface)Proxy.newProxyInstance( classLoader, new Class[] { Interface.class }, handler ); |
下面我們來看一個(gè)簡單實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)代理的例子：
1.代理類和真實(shí)類接口：
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public interface Subject { public void request(); } |
2.真實(shí)類：
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public class RealSubject implements Subject { public void request() { System.out.println("From real subject!"); }} |
3.具體代理類：
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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(shí)際使用的時(shí)候通過該類的構(gòu)造方法傳遞進(jìn)來一個(gè)對(duì)象。 此外，該類還實(shí)現(xiàn)了invoke方法，該方法中的method.invoke其實(shí)就是調(diào)用被代理對(duì)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(dòng)態(tài)代理類，我們可以在執(zhí)行真實(shí)對(duì)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：
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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(dòng)態(tài)代理機(jī)制 Proxy 的構(gòu)造方法：
清單 6. Proxy 構(gòu)造方法
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// 由于 Proxy 內(nèi)部從不直接調(diào)用構(gòu)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(gòu)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?yàn)槠湎喈?dāng)簡單：
清單 7. Proxy 靜態(tài)方法 newProxyInstance
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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(guān)的代理類類型對(duì)象 Class cl = getProxyClass(loader, interfaces); // 通過反射獲取構(gòu)造函數(shù)對(duì)象并生成代理類實(shí)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(dòng)態(tài)代理真正的關(guān)鍵是在 getProxyClass 方法，該方法負(fù)責(zé)為一組接口動(dòng)態(tài)地生成代理類類型對(duì)象。
有很多條理由，人們可以否定對(duì) class 代理的必要性，但是同樣有一些理由，相信支持 class 動(dòng)態(tài)代理會(huì)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(xì)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(shí)現(xiàn)對(duì)抽象類的動(dòng)態(tài)代理，相信也有其內(nèi)在的價(jià)值。此 外，還有一些歷史遺留的類，它們將因?yàn)闆]有實(shí)現(xiàn)任何接口而從此與動(dòng)態(tài)代理永世無緣。如此種種，不得不說是一個(gè)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(dòng)態(tài)代理就是佐例。
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