Java——动态代理实现与原理详细分析

Java代理分静态代理和动态代理。

 

一、静态代理

1、什么是静态代理

编译时就已经将接口,被代理类,代理类等确定下来。在程序运行之前,代理类的.class文件就已经生成。

 

2、静态代理的简单实现

需求:

假如一个班的同学要向老师交班费,但是都是通过班长把自己的钱转交给老师。这里,班长就是代理学生上交班费。代理模式在访问实际对象时引入一定程度的间接性,因为这种间接性,可以附加多种用途。这里的间接性就是指不直接调用实际对象的方法。就这个例子来说,我们需要班长在帮张三上交班费之前想要先反映一下张三是否上交作业及时,我们通过代理来实现。

具体实现:

首先,我们创建一个Person接口。这个接口就是学生(被代理类),和班长(代理类)的公共接口,他们都有上交班费的行为。这样,学生上交班费就可以让班长来代理执行。

public interface Person {
    //上交班费
    void giveMoney();
}

Student类实现Person接口。Student可以具体实施上交班费的动作。

public class Student implements Person {
    private String name;
    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    @Override
    public void giveMoney() {
       System.out.println(name + "上交班费50元");
    }
}

StudentsProxy类,这个类也实现了Person接口,但是还另外持有一个学生类对象,由于实现了Peson接口,同时持有一个学生对象,那么他可以代理学生类对象执行上交班费(执行giveMoney()方法)行为。

public class StudentsProxy implements Person{
    //被代理的学生
    Student stu;
    
    public StudentsProxy(Person stu) {
        // 只代理学生对象
        if(stu.getClass() == Student.class) {
            this.stu = (Student)stu;
        }
    }
    
    //代理上交班费,调用被代理学生的上交班费行为
    public void giveMoney() {
        System.out.println("交作业及时");
        stu.giveMoney();
    }
}

为什么代理类也同样需要继承被代理类实现的接口?在点我们在后面会详细概述

下面测试一下,看如何使用代理模式:

public class StaticProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        //被代理的学生张三,他的班费上交有代理对象monitor(班长)完成
        Person zhangsan = new Student("张三");
        
        //生成代理对象,并将张三传给代理对象
        Person monitor = new StudentsProxy(zhangsan);
        
        //班长代理上交班费
        monitor.giveMoney();
    }
}

运行结果:

交作业及时

张三上交班费50元

可以看到,只需要在代理类中帮张三上交班费之前,执行其他操作就可以了。这种操作,也是使用代理模式的一个很大的优点。最直白的就是在Spring中的面向切面编程(AOP),我们能在一个切点之前执行一些操作,在一个切点之后执行一些操作,这个切点就是一个个方法。这些方法所在类肯定就是被代理了,在代理过程中切入了一些其他操作。

问题:

想要在每个代理的方法前都加上一个处理方法,这里只有一个giveMoney方法,就写一次beforeMethod方法,但是如果出了giveMonney还有很多其他的方法,那就需要写很多次beforeMethod方法,麻烦。那看看下面动态代理如何实现。

 

二、动态代理

1、什么是动态代理

代理类是在程序运行时被创建。该方式被称为动态代理。代理类并不是在Java代码中定义的,而是在运行时根据我们在Java代码中的“指示”动态生成的,它实现了一组给定接口。

 

2、为什么要使用代理

代理类持有具体类的实例,代为执行具体类实例方法。代理模式就是在访问实际对象时引入一定程度的间接性,因为这种间接性,可以附加多种用途。这里的间接性就是指不直接调用实际对象的方法,那么我们在代理过程中就可以加上一些其他用途。相比于静态代理, 动态代理的优势在于可以很方便的对代理类的函数进行统一的处理,而不用修改每个代理类中的方法。

基于这个原理,代理可能出于很多原因,我列举常见的几种:

1.补充功能

2.简化处理

3.路由对远程服务器的调用。我并不需要直接对远程服务器进行调用,因为调用过程复杂,所以我们将这些方法全部交由代理处理,我只需要直接调用本地代理就可以了。

4.为调试,跟踪方法调用。

 

3、关键方法介绍

在java的java.lang.reflect包下提供了一个Proxy类和一个InvocationHandler接口,通过这个类和这个接口可以生成JDK动态代理类和动态代理对象。

1.创建代理方法

使用Proxy类的newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)方法。这个方法有三个参数:

参数一:一个类加载器。用null表示使用默认的类加载器。

参数二:一个class对象数组,每个元素都是需要实现的接口。

参数三:一个调用处理器。

2.调用处理器的invoke方法

调用处理器是实现了InvocationHandler接口的类对象,在这个接口中只有一个方法:

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

参数一:当前调用该方法的代理对象

参数二:代理对象调用的被代理对象的方法

参数三:调用被代理对象的方法所需要传递的参数

无论何时调用代理对象的方法,调用处理器的invoke方法都会被调用,并向其传递Method对象和原始的调用参数。调用处理器必须给出调用处理的方式。

 

3.如何使用代理

我们先概述一下流程,后面会有具体实例。

1.先了解下基础知识

代理类可以在运行时创建全新的类,这样的代理类能够实现指定的接口。尤其是,它具有下列方法:

  • 指定接口所需要的全部方法。
  • Object类中的全部方法。

2.基本流程

1.创建被代理对象

2.创建与被代理对象相关联的调用处理器

3.创建代理对象

4.代理对象调用被代理对象的方法

 

4、动态代理简单实现

还是上面的例子,班长需要帮学生代交班费。
首先是定义一个Person接口:

public interface Person {
    //上交班费
    void giveMoney();
}

创建需要被代理的实际类:

public class Student implements Person {
    private String name;
    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    @Override
    public void giveMoney() {
       System.out.println(name + "上交班费50元");
    }
}

创建StuInvocationHandler类,实现InvocationHandler接口。这个类中持有一个被代理对象的实例target。InvocationHandler中有一个invoke方法,所有执行代理对象的方法都会被替换成执行invoke方法。

在invoke方法中执行被代理对象target的相应方法。当然,在代理过程中,我们在真正执行被代理对象的方法前加入自己其他处理。这也是Spring中的AOP实现的主要原理,这里还涉及到一个很重要的关于java反射方面的基础知识。

public class StuInvocationHandler<T> implements InvocationHandler {
   //invocationHandler持有的被代理对象
    T target;
    
    public StuInvocationHandler(T target) {
       this.target = target;
    }
    
    /**
     * proxy:代表动态代理对象
     * method:代表正在执行的方法
     * args:代表调用目标方法时传入的实参
     */
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("代理执行" +method.getName() + "方法");
        return  method.invoke(target,args);
    }
}

做完上面的工作后,我们就可以具体来创建动态代理对象了,上面简单介绍了如何创建动态代理对象,我们使用简化的方式创建动态代理对象:

public class ProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        
        //创建一个实例对象,这个对象是被代理的对象
        Person zhangsan = new Student("张三");
        
        //创建一个与代理对象相关联的InvocationHandler
        InvocationHandler stuHandler = new StuInvocationHandler<Person>(zhangsan);
        
        //创建一个代理对象stuProxy来代理zhangsan,代理对象的每个执行方法都会替换执行Invocation中的invoke方法
        Person stuProxy = (Person) Proxy.newProxyInstance(Person.class.getClassLoader(), new Class<?>[]{Person.class}, stuHandler);

       //代理执行上交班费的方法
        stuProxy.giveMoney();
    }
}

 我们执行这个ProxtyTest类,先想一下,我们创建了一个需要被代理的学生张三,将zhangsan对象传给了stuHandler中,我们在创建代理对象stuProxy时,将stuHandler作为参数了的,上面也有说到所有执行代理对象的方法都会被替换成执行invoke方法,也就是说,最后执行的是SuInvocationHandler中的invoke方法。所以在看到下面的运行结果也就理所当然了。

运行结果:

代理执行giveMoney()方法

张三上交班费50元

上面说到,动态代理的优势在于可以很方便的对代理类的函数进行统一的处理,而不用修改每个代理类中的方法。是因为所有被代理执行的方法,都是通过在InvocationHandler中的invoke方法调用的,所以我们只要在invoke方法中统一处理,就可以对所有被代理的方法进行相同的操作了。

动态代理的过程,代理对象和被代理对象的关系不像静态代理那样一目了然,清晰明了。因为动态代理的过程中,我们并没有实际看到代理类,也没有很清晰地的看到代理类的具体样子,而且动态代理中被代理对象和代理对象是通过InvocationHandler来完成的代理过程的,其中具体是怎样操作的,为什么代理对象执行的方法都会通过InvocationHandler中的invoke方法来执行。带着这些问题,我们就需要对java动态代理的源码进行简要的分析,弄清楚其中缘由。

 

5、动态代理原理分析

我们将代理类类文件反编译,来看下源码

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;
import proxy.Person;

public final class $Proxy0 extends Proxy implements Person
{
  private static Method m1;
  private static Method m2;
  private static Method m3;
  private static Method m0;
  
  /**
  *
  *super(paramInvocationHandler),是调用父类Proxy的构造方法。
  *父类持有:protected InvocationHandler h;
  *Proxy构造方法:
  *    protected Proxy(InvocationHandler h) {
  *         Objects.requireNonNull(h);
  *         this.h = h;
  *     }
  *
  */
  public $Proxy0(InvocationHandler paramInvocationHandler)
    throws 
  {
    super(paramInvocationHandler);
  }
  
  //这个静态块本来是在最后的,我把它拿到前面来,方便描述
   static
  {
    try
    {
      //看看这儿静态块儿里面有什么,是不是找到了giveMoney方法。请记住giveMoney通过反射得到的名字m3,其他的先不管
      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]);
      m3 = Class.forName("proxy.Person").getMethod("giveMoney", new Class[0]);
      m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
      return;
    }
    catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException)
    {
      throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());
    }
    catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException)
    {
      throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());
    }
  }
 
  /**
  * 
  *这里调用代理对象的giveMoney方法,直接就调用了InvocationHandler中的invoke方法,并把m3传了进去。
  *this.h.invoke(this, m3, null);这里简单,明了。
  *来,再想想,代理对象持有一个InvocationHandler对象,InvocationHandler对象持有一个被代理的对象,
  *再联系到InvacationHandler中的invoke方法。嗯,就是这样。
  */
  public final void giveMoney()
    throws 
  {
    try
    {
      this.h.invoke(this, m3, null);
      return;
    }
    catch (Error|RuntimeException localError)
    {
      throw localError;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
      throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
    }
  }

  //注意,这里为了节省篇幅,省去了toString,hashCode、equals方法的内容。原理和giveMoney方法一毛一样。

}

 

为什么无论何时调用代理对象的方法,调用处理器的invoke方法都会被调用?

我们可以对InvocationHandler看做一个中介类,中介类持有一个被代理对象,在invoke方法中调用了被代理对象的相应方法。通过聚合方式持有被代理对象的引用,把外部对invoke的调用最终都转为对被代理对象的调用。

代理类调用自己方法时,通过自身持有的中介类对象来调用中介类对象的invoke方法,从而达到代理执行被代理对象的方法。也就是说,动态代理通过中介类实现了具体的代理功能。

 

为什么创建代理类要传接口?

1.代理类继承了Proxy类,所以也就决定了java动态代理只能对接口进行代理,Java的继承机制注定了这些动态代理类们无法实现对class的动态代理。

2.从代理类的类文件中我们可以看到,正是实现了接口,所以在最下方才可以重写被代理类的接口中所拥有的方法。而又是正因为重写了,所以才可以直接用代理类调用被代理对象的方法。(也正是静态代理中代理类需要继承和被代理类相同接口的原因)

注:代理类只可以代理调用被代理类的接口所拥有的方法

 

 

 

5、代理类的特性

1.代理类是在程序运行过程中创建的,然而,一旦被创建,就变成了常规类,与虚拟机中的任何其他类没有什么区别。

2.一个代理类只有一个实例域——调用处理器,它定义在roxy的超类中。一个调用处理器只持有一个实例域,即被代理对象。

3.所有的代理类都扩展于Proxy类。为了履行代理对象的职责,所需要的任何附加数据都必须存储在调用处理器中。

4.所有的代理来都覆盖了Object类中的方法toString、equals和hashCode。如同所有的代理方法一样,这些方法仅仅调用了调用处理器的invoke。Object类中的其他方法(如clone和getClass)没有被重新定义。

5.没有定义代理类的名字,Sun虚拟机中的Proxy类将生成一个以字符串$Proxy开头的类名。$Proxy0(这个名字后面的0是编号,有多个代理类会一次递增)

6.没有特定的类加载器和预设的一组接口来说,只能有一个代理类。也就是说,如果使用同一个类加载器和接口数组调用两次newProxyInstance方法的话,那么只能够得到同一个类的两个对象。也可以利用getProxyClass方法获得这个类

7.代理类一定是public和final。如果代理类实现的所有接口都是public,代理类就不属于某个特定的包;否则,所有非公有的接口都必须属于同一个包,同时,代理类也属于这个包。

8.可以通过调用Proxy类中的isProxyClass方法检测一个特定的Class对象是否代表一个代理类。

 

参考博客:

https://www.cnblogs.com/gonjan-blog/p/6685611.html

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