代理模式及Java实现动态代理

末蓝、 2022-05-27 03:42 238阅读 0赞

原文： [https://www.jianshu.com/p/6f6bb2f0ece9][https_www.jianshu.com_p_6f6bb2f0ece9]

## 代理模式 ##

定义：给某个对象提供一个代理对象，并由代理对象控制对于原对象的访问，即客户不直接操控原对象，而是通过代理对象间接地操控原对象。

![代理模式UML图][UML]

代理模式UML图

在上图中：

*  RealSubject 是原对象（本文把原对象称为"委托对象"），Proxy 是代理对象。
 *  Subject 是委托对象和代理对象都共同实现的接口。
 *  `Request()` 是委托对象和代理对象共同拥有的方法。

要理解代理模式很简单，其实生活当中就存在代理模式：

> 我们购买火车票可以去火车站买，但是也可以去火车票代售处买，此处的火车票代售处就是火车站购票的代理，即我们在代售点发出买票请求，代售点会把请求发给火车站，火车站把购买成功响应发给代售点，代售点再告诉你。  
> 但是代售点只能买票，不能退票，而火车站能买票也能退票，因此代理对象支持的操作可能和委托对象的操作有所不同。

再举一个写程序会碰到的一个例子：

> 如果现在有一个已有项目（你没有源代码，只能调用它）能够调用 `int compute(String exp1)` 实现对于后缀表达式的计算，你想使用这个项目实现对于中缀表达式的计算，那么你可以写一个代理类，并且其中也定义一个`compute(String exp2)`，这个`exp2`参数是中缀表达式，因此你需要在调用已有项目的 `compute()` 之前将中缀表达式转换成后缀表达式(Preprocess)，再调用已有项目的`compute()`，当然你还可以接收到返回值之后再做些其他操作比如存入文件(Postprocess)，这个过程就是使用了代理模式。

在平时用电脑也会碰到代理模式的应用：

> 远程代理：我们在国内因为GFW，所以不能访问 facebook，我们可以用翻墙（设置代理）的方法访问。访问过程是：  
> (1)用户把HTTP请求发给代理  
> (2)代理把HTTP请求发给web服务器  
> (3)web服务器把HTTP响应发给代理  
> (4)代理把HTTP响应发回给用户

Java 实现上面的UML图的代码（即实现静态代理）为：

public class ProxyDemo { public static void main(String args[]){ RealSubject subject = new RealSubject(); Proxy p = new Proxy(subject); p.request(); } } interface Subject{ void request(); } class RealSubject implements Subject{ public void request(){ System.out.println("request"); } } class Proxy implements Subject{ private Subject subject; public Proxy(Subject subject){ this.subject = subject; } public void request(){ System.out.println("PreProcess"); subject.request(); System.out.println("PostProcess"); } }

代理的实现分为：

*  静态代理：代理类是在编译时就实现好的。也就是说 Java 编译完成后代理类是一个实际的 class 文件。
 *  动态代理：代理类是在运行时生成的。也就是说 Java 编译完之后并没有实际的 class 文件，而是在运行时动态生成的类字节码，并加载到JVM中。

## Java 实现动态代理 ##

在前一节我们已经介绍了静态代理（第一节已经实现）和动态代理，那么在 Java 中是如何实现动态代理，即如何做到在运行时动态的生成代理类呢？

首先先说明几个词：

*  委托类和委托对象：委托类是一个类，委托对象是委托类的实例。
 *  代理类和代理对象：代理类是一个类，代理对象是代理类的实例。

Java实现动态代理的大致步骤如下：

1.  定义一个委托类和公共接口。
2.  自己定义一个类（调用处理器类，即实现 `InvocationHandler` 接口），这个类的目的是指定运行时将生成的代理类需要完成的具体任务（包括Preprocess和Postprocess），即代理类调用任何方法都会经过这个调用处理器类（在本文最后一节对此进行解释）。
3.  生成代理对象（当然也会生成代理类），需要为他指定(1)委托对象(2)实现的一系列接口(3)调用处理器类的实例。因此可以看出一个代理对象对应一个委托对象，对应一个调用处理器实例。

Java 实现动态代理主要涉及以下几个类：

*  `java.lang.reflect.Proxy`: 这是生成代理类的主类，通过 Proxy 类生成的代理类都继承了 Proxy 类，即 `DynamicProxyClass extends Proxy`。
 *  `java.lang.reflect.InvocationHandler`: 这里称他为"调用处理器"，他是一个接口，我们动态生成的代理类需要完成的具体内容需要自己定义一个类，而这个类必须实现 InvocationHandler 接口。

Proxy 类主要方法为：

//创建代理对象 static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)

这个静态函数的第一个参数是类加载器对象（即哪个类加载器来加载这个代理类到 JVM 的方法区），第二个参数是接口（表明你这个代理类需要实现哪些接口），第三个参数是调用处理器类实例（指定代理类中具体要干什么）。这个函数是 JDK 为了程序员方便创建代理对象而封装的一个函数，因此你调用`newProxyInstance()`时直接创建了代理对象（略去了创建代理类的代码）。其实他主要完成了以下几个工作：

static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler handler) { //1. 根据类加载器和接口创建代理类 Class clazz = Proxy.getProxyClass(loader, interfaces); //2. 获得代理类的带参数的构造函数 Constructor constructor = clazz.getConstructor(new Class[] { InvocationHandler.class }); //3. 创建代理对象，并制定调用处理器实例为参数传入 Interface Proxy = (Interface)constructor.newInstance(new Object[] {handler}); }

Proxy 类还有一些静态方法，比如：

*  `InvocationHandler getInvocationHandler(Object proxy)`: 获得代理对象对应的调用处理器对象。
 *  `Class getProxyClass(ClassLoader loader, Class[] interfaces)`: 根据类加载器和实现的接口获得代理类。

Proxy 类中有一个映射表，映射关系为：(<ClassLoader>,(<Interfaces>,<ProxyClass>) )，可以看出一级key为类加载器，根据这个一级key获得二级映射表，二级key为接口数组，因此可以看出：一个类加载器对象和一个接口数组确定了一个代理类。

我们写一个简单的例子来阐述 Java 实现动态代理的整个过程：

public class DynamicProxyDemo01 { public static void main(String[] args) { RealSubject realSubject = new RealSubject(); //1.创建委托对象 ProxyHandler handler = new ProxyHandler(realSubject); //2.创建调用处理器对象 Subject proxySubject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(RealSubject.class.getClassLoader(), RealSubject.class.getInterfaces(), handler); //3.动态生成代理对象 proxySubject.request(); //4.通过代理对象调用方法 } } /** * 接口 */ interface Subject{ void request(); } /** * 委托类 */ class RealSubject implements Subject{ public void request(){ System.out.println("====RealSubject Request===="); } } /** * 代理类的调用处理器 */ class ProxyHandler implements InvocationHandler{ private Subject subject; public ProxyHandler(Subject subject){ this.subject = subject; } @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { System.out.println("====before====");//定义预处理的工作，当然你也可以根据 method 的不同进行不同的预处理工作 Object result = method.invoke(subject, args); System.out.println("====after===="); return result; } }

InvocationHandler 接口中有方法：

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

这个函数是在代理对象调用任何一个方法时都会调用的，方法不同会导致第二个参数method不同，第一个参数是代理对象（表示哪个代理对象调用了method方法），第二个参数是 Method 对象（表示哪个方法被调用了），第三个参数是指定调用方法的参数。

动态生成的代理类具有几个特点：

*  继承 Proxy 类，并实现了在`Proxy.newProxyInstance()`中提供的接口数组。
 *  public final。
 *  命名方式为 `$ProxyN`，其中N会慢慢增加，一开始是 `$Proxy1`，接下来是`$Proxy2`...
 *  有一个参数为 InvocationHandler 的构造函数。这个从 `Proxy.newProxyInstance()` 函数内部的`clazz.getConstructor(new Class[] { InvocationHandler.class })` 可以看出。

Java 实现动态代理的缺点：因为 Java 的单继承特性（每个代理类都继承了 Proxy 类），只能针对接口创建代理类，不能针对类创建代理类。

> 不难发现，代理类的实现是有很多共性的（重复代码），动态代理的好处在于避免了这些重复代码，只需要关注操作。

## Java 动态代理的内部实现 ##

现在我们就会有一个问题： Java 是怎么保证代理对象调用的任何方法都会调用 InvocationHandler 的 `invoke()` 方法的？

这就涉及到动态代理的内部实现。假设有一个接口 Subject，且里面有 `int request(int i)` 方法，则生成的代理类大致如下：

public final class $Proxy1 extends Proxy implements Subject{ private InvocationHandler h; private $Proxy1(){} public $Proxy1(InvocationHandler h){ this.h = h; } public int request(int i){ Method method = Subject.class.getMethod("request", new Class[]{ int.class}); //创建method对象 return (Integer)h.invoke(this, method, new Object[]{ new Integer(i)}); //调用了invoke方法 } }

通过上面的方法就成功调用了 invoke() 方法。

## 元编程 ##

到最后，我还想介绍一下元编程，我是从 [《MacTalk·人生元编程》][MacTalk] 中了解到元编程这个词的：

> 元编程就是能够操作代码的代码

Java 支持元编程因为反射、动态代理、内省等特性。

## 参考文献 ##

*  [Java 动态代理机制分析及扩展，第 1 部分][Java _ 1]
 *  [动态代理的作用是什么？][Link 1]
 *  [JDK动态代理实现原理][JDK]
 *  [彻底理解JAVA动态代理][JAVA]
 *  [慕课网：模式的秘密---代理模式][---]

作者：xiazdong  
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來源：简书  
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[https_www.jianshu.com_p_6f6bb2f0ece9]: https://www.jianshu.com/p/6f6bb2f0ece9
[UML]: http://i.imgur.com/oh3VMNs.gif
[MacTalk]: https://link.jianshu.com?t=http://product.china-pub.com/3769393
[Java _ 1]: https://link.jianshu.com?t=http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-proxy1/
[Link 1]: https://link.jianshu.com?t=http://zhidao.baidu.com/link?url=lPrrnjezrVWQEAwnK3pLWAISllIeqmFBDe-H4PiSzxEczb8EZR0p6asCdsXxSfDLmRf50yoIo6q3QqpoZzoMMa
[JDK]: https://link.jianshu.com?t=http://rejoy.iteye.com/blog/1627405
[JAVA]: https://link.jianshu.com?t=http://www.cnblogs.com/flyoung2008/archive/2013/08/11/3251148.html
[---]: https://link.jianshu.com?t=http://www.imooc.com/learn/214