Java静态代理和动态代理的使用及原理解析

偏执的太偏执、 2022-04-10 04:14 204阅读 0赞

代理模式是软件开发中常见的设计模式，它的目的是让调用者不用持有具体操作者的引用，而是通过代理者去对具体操作者执行具体的操作。

### 静态代理的实现 ###

**操作接口：**

public interface Operate {
        void doSomething();
    }

**操作者：**

public class Operator implements Operate {
        @Override
        public void doSomething() {
            System.out.println("I'm doing something");
        }
    }

**代理者：**

public class OperationProxy implements Operate {
        private Operator operator = null;
    
        @Override
        public void doSomething() {
            beforeDoSomething();
            if(operator == null){
                operator =  new Operator();
            }
            operator.doSomething();
            afterDoSomething();
        }
    
        private void beforeDoSomething() {
            System.out.println("before doing something");
        }
    
        private void afterDoSomething() {
            System.out.println("after doing something");
        }
    }

**调用者：**

public class StaticProxyTest {
        public static void main(String[] args) {
            Operate operate = new OperationProxy();//使用OperationProxy代替Operator
            operate.doSomething();  //代理者代替真实者做事情
        }
    }

### 静态代理的局限性 ###

可以看到，静态代理让调用者不用再直接持有操作者的引用，而是将一切操作交由代理者去完成。但是静态代理也有它的局限性：

1.  如果需要增加一个需要代理的方法，代理者的代码也必须改动进而适配新的操作；
2.  如果需要代理者代理另外一个操作者，同样需要对代理者进行扩展并且更加麻烦。

可能有人想到可以用策略模式和工厂模式分别解决上面两个问题，但是，有没有更加巧妙的方法呢？首先，我们了解一下 Java 代码的执行过程。

### 理解 Java 代码执行流程 ###

要从根本上理解动态代理的实现原理，得先从 Java 代码的执行流程说起：

![java 代码执行流程.jpg][java _.jpg]

JVM 在运行 .class 文件之前，首先通过 ClassLoader 将 .class 文件以二进制的形式解析并生成实例以供调用，我们的代码执行逻辑是在 JVM 的运行期系统中进行工作的，那么，我们可不可以在自己的代码里面按照 .class 的格式生成自己的 .class 文件，进而调用自定义的 ClassLoader 将其加载出来呢？答案是肯定的，这样我们就可以动态地创建一个类了。

![动态代理的思路.jpg][.jpg]

### 生成自己的 .class 文件 ###

当然我们不用手动去一点一点拼装 .class 文件，目前比较常用的字节码生成工具有 [ASM][] 和 [Javassist][]，根据这个思路，生成 .class 文件的过程如下：

import javassist.ClassPool;
    import javassist.CtClass;
    import javassist.CtMethod;
    import javassist.CtNewMethod;
     
    public class Test {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
            //创建 AutoGenerateClass 类
            CtClass cc= pool.makeClass("com.guanpj.AutoGenerateClass");
            //定义 show 方法
            CtMethod method = CtNewMethod.make("public void show(){}", cc);
            //插入方法代码
            method.insertBefore("System.out.println(\"I'm just test generate .class file by javassit.....\");");
            cc.addMethod(method);
            //保存生成的字节码
            cc.writeFile("D://temp");
        }
    }

生成的 .class 文件如下：

![AutoGenerate.png][]

反编译后查看内容：

//
    // Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
    // (powered by Fernflower decompiler)
    //
    
    package com.guanpj;
    
    public class AutoGenerateClass {
        public void show() {
            System.out.println("I'm just test generate .class file by javassit.....");
        }
    
        public AutoGenerateClass() {
        }
    }

可以看到，javassit 生成的类中，除了 show() 方法之外还默认生成了一个无参的构造方法。

### 自定义类加载器加载 ###

为了能够让自定的类被加载出来，我们自定义了一个类加载器来加载指定的 .class 文件：

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    
        public CustomClassLoader() {
        }
    
        protected Class<?> findClass(String className) {
            String path = "D://temp//" + className.replace(".","//") + ".class";
            byte[] classData = getClassData(path);
            return defineClass(className, classData, 0, classData.length);
        }
    
        private byte[] getClassData(String path) {
            try {
                InputStream ins = new FileInputStream(path);
                ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
                int bufferSize = 4096;
                byte[] buffer = new byte[bufferSize];
                int bytesNumRead = 0;
                while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1) {
                    baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);
                }
                return baos.toByteArray();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }
    }

接着，用 ClassLoader 加载刚才生成的 .class 文件：

public class TestLoadClass {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            CustomClassLoader classLoader = new CustomClassLoader();
            Class clazz = classLoader.findClass("com.guanpj.AutoGenerateClass");
    
            Object object = clazz.newInstance();
            Method showMethod = clazz.getMethod("show", null);
            showMethod.invoke(object, null);
        }
    }

后台输出如下：

![output.png][]

成功执行了 show 方法！

### 利用 JDK 中的 Proxy 类进行动态代理 ###

使用动态代理的初衷是简化代码，不管是 ASM 还是 Javassist，在进行动态代理的时候操作还是不够简便，这也违背了我们的初衷。我们来看一下怎么 InvocationHandler 怎么做：

**InvocationHandler：**

public class InvocationHandlerImpl implements InvocationHandler {
        Operate operate;
    
        //注入操作者对象
        public InvocationHandlerImpl(Operate operate) {
            this.operate = operate;
        }
    
        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            System.out.println("before calling method: " + method.getName());
            //调用操纵者的具体操作方法
            method.invoke(operate, args);
            System.out.println("after calling method: " + method.getName());
            return null;
        }
    }

**调用者：**

public class DynamicProxyTest {
        public static void main(String[] args) {
            //实例化操作者
            Operate operate = new Operator();
            //将操作者对象进行注入
            InvocationHandlerImpl handler = new InvocationHandlerImpl(operate);
            //生成代理对象
            Operate operationProxy = (Operate) Proxy.newProxyInstance(operate.getClass().getClassLoader(),
                    operate.getClass().getInterfaces(), handler);
            //调用操作方法
            operationProxy.doSomething();
        }
    }

跟静态代理不同的是，动态代理的过程主要分为三个步骤

*  将操作者对象注入 InvocationHandlerImpl 类中。
 *  将 InvocationHandlerImpl 对象注入 Proxy 类中并返回代理者对象，并在 invoke 方法中进行额外的操作
 *  调用代理对象的操作方法

### 利用 CGLIB 进行动态代理 ###

用 Proxy 类生成代理类的方法为 newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>\[\] interfaces, InvocationHandler h) ，第二个参数是操作者的接口数组，意味着只能代理它实现的接口里的方法，对于本来在操作者类中定义的方法表示无能为力，CGLIB(Code Generation Library) 解决了这个问题。

**MethodInterceptorImpl：**

public class MethodInterceptorImpl implements MethodInterceptor {
        @Override
        public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
            System.out.println("before calling method:" + method.getName());
            proxy.invokeSuper(obj, args);
            System.out.println("after calling method:" + method.getName());
            return null;
        }
    }

**调用者：**

public class ProxyTest {
        public static void main(String[] args) {
            Operator operator = new Operator();
            MethodInterceptorImpl methodInterceptorImpl = new MethodInterceptorImpl();
    
            //初始化加强器对象
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            //设置代理类
            enhancer.setSuperclass(operator.getClass());
            //设置代理回调
            enhancer.setCallback(methodInterceptorImpl);
    
            //创建代理对象
            Operator operationProxy = (Operator) enhancer.create();
            //调用操作方法
            operationProxy.doSomething();
        }
    }

使用 CGLIB 进行动态代理的过程分为四个步骤：

*  使用 MethodInterceptorImpl 实现 MethodInterceptor 接口，并在 intercept 方法中进行额外的操作
 *  创建增强器 Enhance 并设置被代理的操作类
 *  生成代理类
 *  调用代理对象的操作方法

### 总结 ###

无论是静态代理还是动态代理，都能一定程度地解决我们的问题，在开发过程中可以根据实际情况选择合适的方案。总之，没有好不好的方案，只有适不适合自己项目的方案，我们应该深入研究和理解方案背后的原理，以便能够应对开发过程中产生的变数。

[java _.jpg]: https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/12/24/167dde2403d852a8?imageView2/0/w/1280/h/960/format/webp/ignore-error/1
[.jpg]: https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/12/24/167dde2403fb6cea?imageView2/0/w/1280/h/960/format/webp/ignore-error/1
[ASM]: https://link.juejin.im?target=https%3A%2F%2Fasm.ow2.io%2F
[Javassist]: https://link.juejin.im?target=http%3A%2F%2Fwww.javassist.org%2F
[AutoGenerate.png]: https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/12/24/167dde2403fd5b30?imageView2/0/w/1280/h/960/format/webp/ignore-error/1
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