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设计模式(三)：代理模式之JDK动态代理(JDK Dynamic Proxy)

JDK 1.3 版本后，Java提供了动态代理技术，允许应用在运行期创建接口的代理对象。

JDK 提供的代理只能针对接口做代理。也有更强大的代理库 cglib，可以实现对类的代理。

JDK 的 java.lang.reflect包下提供了一个Proxy类和一个InvocationHandler接口，Proxy类利用InvocationHandler动态创建一个符合某一接口的代理，生成(运行时)目标类的代理对象。

在普通编程过程中，无须使用动态代理，但在编写框架或底层基础代码时，动态代理的作用就非常大。

代理模式

**代理：**Proxy Pattern（即：代理模式），23种常用的面向对象软件的设计模式之一。
定义：**通过代理对象访问目标对象，这样做的目的可以在目标对象实现的基础上，增强额外的功能操作，即扩展目标对象的功能，代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用。

代理模式的关键有两个角色，代理对象 和 目标对象，代理对象是对目标对象的扩展，并调用目标对象。

理解举例：
代理对象可以形象的理解为经纪人角色，艺人则是目标对象，涉及市场的一些商演或活动的琐碎事项交给经纪人来处理，而主办方是通过经纪人找艺人演出(不能直接 new 艺人)；经纪人可以负责多个艺人(动态)。

动态代理

Proxy

JDK 的 java.lang.reflect.Proxy类提供了static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)方法来获取代理对象。

  1. ClassLoader loader：指定代理对象的类加载器，加载代理类到 JVM 方法区。

  2. Class<?>[] interfaces：指定代里类需要实现的接口，是个Class数组，也就目标类可能实现多个接口。

  3. InvocationHandler：指调用具体的处理器实例，具体要处理的逻辑都在这个类实例里面。

    执行目标对象方法时会触发该处理器的invoke方法，会把当前执行目标对象的方法作为参数传入。

InvocationHandler

InvocationHandler的invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)方法通过反射机制间接调用目标对象的方法，InvocationHandler可以更好的理解为编织器，这个特性是非常适用于AOP思想的实现的，可以将横切逻辑代码和目标业务类方法的业务逻辑编织在一起。

  1. Object proxy：最终生成的代理实例，一般用不到。
  2. Method method：被代理的目标对象的方法。
  3. Object[] args：方法需要的参数。

JDK动态代理使用步骤

  1. 一个接口和接口实现类。
  2. 一个实现了InvocationHandler接口的类，将目标对象做为该类的构造方法的参数传入。重写invoke方法，在该方法里添加目标类的扩展功能。
  3. 使用Proxy类调用newProxyInstance()，传入InvocationHandler对象来生成一个代理对象。
  4. 通过代理对象调用接口(目标对象实现的接口)里的方法，需要的话给接口里的方法传入参数。

实现示例一

接口

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/**
 * @desc 接口
 * @date 2023/6/3
 */
public interface HelloService {
    void sayHello(String name);
}

实现类

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/**
 * @author gxing
 * @desc 实现类
 * @date 2023/6/3
 */
public class HelloServiceImpl implements HelloService{
    @Override
    public void sayHello(String name) {
        System.out.println("Hello, " + name);
    }
}

代理类

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/**
 * @desc 代理类
 * 提供真实对象的绑定和代理方法
 * 代理类实现InvocationHandler接口的代理方法
 * 当一个对象被绑定后，执行其方法的时候就会进入到代理方法里
 * @date 2023/6/3
 */
public class HelloServiceProxy implements InvocationHandler {

    // 真实服务对象
    private Object target;

    /**
     * @param target 真实服务对象
     * @desc 绑定委托对象并返回一个代理类
     * @date 2023/6/3
     */
    public Object bind(Object target) {
        this.target = target;
        // 取得代理对象
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), this);
    }

    /**
     * @param proxy  代理对象
     * @param method 被调用方法
     * @param args   方法的参数
     * @desc 通过代理对象调用方法首先进入这个方法
     * @date 2023/6/3
     */
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("..........这是JDK动态代理..........");
        // 代理前调用
        System.out.println("代理前调用,我准备说Hello。");
        // 执行方法,相当于调用 HelloServiceImpl 的 sayHello
        Object result = method.invoke(target, args);
        // 反射方法后调用
        System.out.println("代理后调用,我已说过Hello了");
        return result;
    }
}

测试

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/**
 * @desc 测试类
 * @date 2023/6/3
 */
public class HelloMain {

    public static void main(String[] args) {
        HelloServiceProxy helloServiceProxy = new HelloServiceProxy();
        HelloService proxy = (HelloService)helloServiceProxy.bind(new HelloServiceImpl());
        proxy.sayHello("Kitty");
    }
}

实现示例二

一个接口

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/**
 * 接口
 */
public interface UserDao {
    void update(int id, String name);
}

一个接口实现类

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/**
 * 目标对象(被代理对象)
 */
public class UserDaoImpl implements UserDao {
	@Override
	public void update(int id, String name) {
		System.out.println("根据ID更新名称,id = " + id + "; name = " + name );
	}
}

一个获取代理对象的类
Proxy.newProxyInstance()方法的InvocationHandler对象参数传入一个匿名的InvocationHandler对象。

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public class UserDaoJdkProxy<T> {

    //目标对象，即实现接口的目标类
    private T obj;

    //将目标对象做为参数传入构造方法
    public UserDaoJdkProxy(T obj) {
        this.obj = obj;
    }

    /**
     * 获取代理对象
     * 传入InvocationHandler，重写invoke方法
     * 扩展功能在invoke方法里执行
     *
     * @return
     */
    public Object getProxyInstance() {

        return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(), obj.getClass().getInterfaces(),
                new InvocationHandler() {

                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        //给目标对象方法传入的参数
                        System.out.println("开始事务。。。。。");
                        //执行目标对象方法
                        Object methodValue = method.invoke(obj, args);
                        System.out.println("结束事务。。。。。");
                        return methodValue;
                    }
                });
    }
}

客户端调用代理对象执行目标方法

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public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        UserDao userDao = new UserDaoImpl();
        userDao = (UserDao) new UserDaoJdkProxy(userDao).getProxyInstance();
        userDao.update(100, "root");
    }
}

实现示例三

自定义实现InvocationHandler接口的类

实现InvocationHandler接口，重写invoke方法，在该方法里做目标对象的功能扩展。

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/**
 * 实现InvocationHandler接口方式
 */
public class CustomizeInvocationHandler implements InvocationHandler {

    // 目标对象,即被代理对象
    private Object target;

    public CustomizeInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("transaction begin....");
        Object object = method.invoke(target, args);
        System.out.println("transaction end....");
        return object;
    }
}

或者

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/**
 * 执行动态代理对象的所有方法时，都会被替换成执行如下invoke方法
 * 其中：
 * proxy：指动态代理对象
 * method：指要执行的方法
 * args：代表调用目标方法时传入的实参
 */
public class UserDaoJdkProxy<T> implements InvocationHandler {

    //目标对象，接口实现类
    private T target;

    public UserDaoJdkProxy(T target) {
        this.target = target;
    }

    //把目标实现类传进有参构造
    public Object getProxyObject() {
        //返回代理对象，绑定的是个接口
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), this);
    }

    /**
     * 重写invoke方法
     * 扩展功能在invoke方法里执行
     */
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("事务开启。。。。");
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("事务结束。。。。");
        return result;
    }
}

客户端调代理对象类创建代理对象，通过代理对象执行目标对象的方法

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public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        UserDao userDao = (UserDao) Proxy.newProxyInstance(UserDao.class.getClassLoader(),
                new Class[]{UserDao.class},
                new CustomizeInvocationHandler(new UserDaoImpl()));
        userDao.save(100L, "Kitty");
        
        UserDao userDao1 = new UserDaoImpl();
        UserDaoJdkProxy<UserDao> proxy = new UserDaoJdkProxy<>(userDao1);
        userDao1 = (UserDao) proxy.getProxyObject();
        userDao1.save(100L, "Kitty");
    }
}

原理分析

JDK 的动态代理需要依赖接口，Proxy.newProxyInstance()需要传入目标对象实现的接口作为参数；也就是说如果目标对象没有实现接口，则无法使用JDK动态代理。查看该方法的原码，进行了验证、优化、缓存、同步、生成字节码，显示加载类等操作。

原码分析

Proxy.newProxyInstance()：

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public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
                                          Class<?>[] interfaces,
                                          InvocationHandler h)
        throws IllegalArgumentException
    {
        Objects.requireNonNull(h);

        final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
        final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
        }

        /*
         * Look up or generate the designated proxy class.
         * 根据接口查找或生成指定的代理类，需传入类加载器和接口
         */
        Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);

        /*
         * Invoke its constructor with the designated invocation handler.
         */
        try {
            if (sm != null) {
                checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
            }
			//得到代理类的含有参数的构造对像
            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;
                    }
                });
            }
			//通过构造器来创建对象
            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);
        }
    }

getProxyClass0()

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//获取代理类
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
                                       Class<?>... interfaces) {
    //对实现接口个数进行限制
    if (interfaces.length > 65535) {
        throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
    }
    //缓存了代理类
    return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}

相关参考

  1. 细说JDK动态代理的实现原理
  2. JDK动态代理实现原理
  3. 深入剖析JDK动态代理机制

设计模式(三)：代理模式之JDK动态代理(JDK Dynamic Proxy)

http://blog.gxitsky.com/2018/03/15/DesignPatterns-03-Proxy-Dynamic/

作者

光星

发布于

2018-03-15

更新于

2023-06-03

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