模拟JDK动态代理 ; 自己动手模拟实现java动态代理

心已赠人 2022-07-11 18:25 165阅读 0赞

> 大家在看[java设计模式之 代理模式][java_]这篇文章的时候， 可以发现动态代理无非就是以下四个步骤，我们完全可以自己模拟实现。因为java的class文件格式是公开的，只要最终生成的class格式正确并且可以加载到JVM中我们就可以正常使用啦。

1.  创建代理类的源码；
2.  对源码进行编译成字节码；
3.  将字节码加载到内存；
4.  实例化代理类对象并返回给调用者；

# 使用聚合模式实现静态代理 #

本质上，动态代理是在程序运行过程中创建生成一个类并且将它加载到JVM中，通过上面的实现步骤，他是把额外的代码（spring中叫切面）植入到被代理类（方法）中以后合成一个类。与静态代理的实现是一样的.

下面这段代码就是聚合模式实现的静态代理：

public interface HelloWorld { 
        void sayHello(String name);
    }

public class HelloWorldImpl implements HelloWorld { 
    
        @Override  
        public void sayHello(String name) {   
    	    try { 
                Thread.sleep(1500);
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("我是RealSubject。 Hello " + name);
        }  
    }

/** * Created by liubenlong on 2017/2/4. * 聚合模式实现静态代理 */
    public class HelloWorldProxy implements HelloWorld { 
    
        private HelloWorldImpl helloWorld;
    
        public HelloWorldProxy(HelloWorldImpl helloWorld){ 
            this.helloWorld = helloWorld;
        }
    
        @Override
        public void sayHello(String name) { 
            System.out.println("before log...");
            helloWorld.sayHello(name);
            System.out.println("end log...。该方法总共执行时间是10毫秒。");
        }
    }

测试代码：

HelloWorldProxy helloWorldProxy = new HelloWorldProxy(new HelloWorldImpl());
    helloWorldProxy.sayHello("zhangsan");

结果：

before  log...
    我是RealSubject。 Hello zhangsan
    end  log...。该方法总共执行时间是10毫秒。

# 使用JDK自带的`JavaCompiler` #

> 必须jdk6及以上

假设我们已经组装好了代码（其实就是上面那段静态代理的代码），我们就可以将其加载到JVM中来使用了。

> 这里说的组装代码的过程在JDK中是使用反射来完成的。

代码的含义上面注释已经写得很清楚了。运行一下，可以看到在项目目录下出现两个类：`$Proxy1.java`和`$Proxy1.class`。  
![这里写图片描述][format_png]

输出结果：

com.sun.tools.javac.api.JavacTool
    before  log...
    我是RealSubject。 Hello zhangsan
    end  log...。该方法总共执行时间是10毫秒。

# 深度模拟 #

> 上面的模拟代码中，只能支持实现了`HelloWOrld`接口的类。那么怎么才能实现与接口无关，**支持任何接口，并且将植入的代码独立出来**呢？也就是把生成代理类的代码独立出来与业务无关，这也满足设计模式中的\*\*`低耦合、职责单一`\*\*原则。

要想支持任何接口，即生成代理代码的类与实际的接口无关。这个比较简单，因为我们的类都是实现了接口的，而接口中有哪些方法和参数，都是可以通过**反射**获取到的，那么我们只需要将其实现的接口传递过去即可。

那么怎么将具体的和业务相关的代理逻辑代码抽离出来呢？前面提到了**反射**，反射可以通过`Method`调用某个方法，那么我们就可以在调用方法前后做一些事情了。

通过上面的简单分析可以发现，关键点在于**反射**。我们可以把**接口和代理实现作为参数传递进去**就好啦。

我们要做的就是把接口中定义的方法通过反射的方式获取到，进行生成代码。并且将其内部实现转移到`Handler`中去。`Handler`类是具体的要植入的代码类。就是把生成的下面这段代码修改掉：

@Override
       public void sayHello(String name) { 
           System.out.println("before log...");
           helloWorld.sayHello(name);
           System.out.println("end log...。该方法总共执行时间是10毫秒。");
       }

代理可以有多种多样，怎么取写代码呢？每当出现多种不同的实现的时候我们就应该考虑到java的**多态**了。我们把代理抽象出一个接口`MyInvocationHandler`，里面只有一个方法，该方法用于对被代理对象的调用。

类图如下  
![这里写图片描述][format_png 1]

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
    import java.lang.reflect.Method;
    
    /** * Created by liubenlong on 2017/2/4. */
    public interface MyInvocationHandler { 
        public Object invoke(Method method, Object o, Object ... params) throws InvocationTargetException, IllegalAccessException;
    }

我们写两个实现类：日志代理类和计时代理类：

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
    import java.lang.reflect.Method;
    
    /** * Created by liubenlong on 2017/2/4. */
    public class MyLogProxy implements MyInvocationHandler { 
    
        @Override
        public Object invoke(Method method, Object o, Object ... params) throws InvocationTargetException, IllegalAccessException { 
            System.out.println("aa");
            Object invoke = method.invoke(o, params);
            System.out.println("bb");
            return invoke;
        }
    }

package com.lbl.proxy;
    
    import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
    import java.lang.reflect.Method;
    
    /** * Created by liubenlong on 2017/2/4. */
    public class MyTimeProxy implements MyInvocationHandler { 
    
        @Override
        public Object invoke(Method method, Object o, Object ... params) throws InvocationTargetException, IllegalAccessException{ 
            long begin = System.currentTimeMillis();
            Object invoke = method.invoke(o, params);
            System.out.println(method.getName() + " 执行总共耗时："+(System.currentTimeMillis() - begin) + "毫秒。");
            return invoke;
        }
    }

修改后的代理生成类：

package com.lbl.proxy;
    
    import org.apache.commons.io.FileUtils;
    
    import javax.tools.JavaCompiler;
    import javax.tools.StandardJavaFileManager;
    import javax.tools.ToolProvider;
    import java.io.File;
    import java.lang.reflect.Constructor;
    import java.lang.reflect.Method;
    import java.net.URL;
    import java.net.URLClassLoader;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
    
    /** * */
    public class Proxy2 { 
        private static final String  RT = "\r\n";
    
        public static final AtomicLong proxyNum = new AtomicLong(0);
    
        /** * @param interfaceObj 参数接口 * @return * @throws Exception */
        public static Object newProxyInstance(Class interfaceObj, Object o, MyInvocationHandler handler) throws Exception{ 
    
    
            Method[] methods = interfaceObj.getMethods();
            StringBuilder b = new StringBuilder();
            for (Method method : methods) { 
                int parameterCount = method.getParameterCount();
                Class<?>[] parameterTypes = method.getParameterTypes();
                StringBuilder paramStr = new StringBuilder();
                StringBuilder paramClasses = new StringBuilder();
                for(int i = 0 ; i < parameterCount ; i ++){ 
                    paramStr.append(parameterTypes[i].getName()).append(" ").append("arg").append(i).append(",");
                    paramClasses.append(parameterTypes[i].getName()).append(".class,");
                }
    
                b.append(" @Override" + RT )
                        .append(" public void "+method.getName()+"(" + paramStr.substring(0, paramStr.length()-1) + ") {" + RT)//这里我们假设所有方法都没有参数
                        .append("try {")
                        .append(" Method method = HelloWorld.class.getMethod(\""+method.getName()+"\", "+paramClasses.substring(0, paramClasses.length()-1)+");")
                        .append(" handler.invoke(method, obj, arg0);" + RT )
                        .append("} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}")
                        .append(" }" + RT)
                ;
            }
    
            long num = proxyNum.getAndIncrement();
    
    
            //声明一段源码
            String sourceCode =
                    "package com.lbl.proxy;" + RT +
                    "import java.lang.reflect.Method;" + RT +
                            "/**" + RT +
                            " * Created by liubenlong on 2017/2/4." + RT +
                            "* 聚合模式实现静态代理" + RT +
                            "*/" + RT +
                            "public class $Proxy"+num+" implements " + interfaceObj.getName() + " {" + RT +
                            " private "+interfaceObj.getName()+" obj;" + RT +
                            " private MyInvocationHandler handler;" + RT +
                            " public $Proxy" + num +"("+interfaceObj.getName()+" obj, MyInvocationHandler handler){" + RT +
                            " this.obj = obj;" + RT +
                            " this.handler = handler;" + RT +
                            " }" + RT +
                            b.toString() +
                            "}";
    
    
            String filename = System.getProperty("user.dir") + "/src/main/java/com/lbl/proxy/$Proxy" + num + ".java";
            File file = new File(filename);
            //使用org.apache.commons.io.FileUtils.writeStringToFile()将源码写入磁盘
            //编写到处，可以运行一下程序，可以在当前目录中看到生成的.java文件
            //并不是一定要生成文件，如果可以直接生成二进制代码load到JVM中，则不必要那么麻烦生成文件了
            FileUtils.writeStringToFile(file,sourceCode);
    
    
            //获得当前系统中的编译器
            JavaCompiler complier = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
            System.out.println(complier.getClass().getName());
            //获得文件管理者
            StandardJavaFileManager fileMgr = complier.getStandardFileManager(null, null, null);
            Iterable its = fileMgr.getJavaFileObjects(filename);
            //编译任务
            JavaCompiler.CompilationTask task = complier.getTask(null, fileMgr, null, null, null, its);
            //开始编译，执行完可在当前目录下看到.class文件
            task.call();
            fileMgr.close();
    
            //load到内存
            URL[] urls = new URL[]{ new URL("file:/" + System.getProperty("user.dir") + "/src")};
            URLClassLoader urlClassLoader = new URLClassLoader(urls);
            Class cls = urlClassLoader.loadClass("com.lbl.proxy.$Proxy" + num);
    
    
            //生成代理类对象
            Constructor ct = cls.getConstructor(interfaceObj, MyInvocationHandler.class);//找一个参数类型是HelloWorldImpl.class的构造方法
            return ct.newInstance(o, handler);
        }
    }
    class test2{ 
        public static void main(String[] args) throws Exception { 
            HelloWorld proxyObj = (HelloWorld) Proxy2.newProxyInstance(HelloWorld.class, new HelloWorldImpl(), new MyTimeProxy());
            proxyObj.sayHello("zhangsan");
        }
    }

运行一下，我们查看一下输出结果：

com.sun.tools.javac.api.JavacTool
    我是RealSubject。 Hello zhangsan
    sayHello 执行总共耗时：1502毫秒。

然后看一下代码生成的代理类

import java.lang.reflect.Method;
    /** * Created by liubenlong on 2017/2/4. * 聚合模式实现静态代理 */
    public class $Proxy0 implements com.lbl.proxy.HelloWorld { 
       private com.lbl.proxy.HelloWorld obj;
       private MyInvocationHandler handler;
       public $Proxy0(com.lbl.proxy.HelloWorld obj, MyInvocationHandler handler){ 
           this.obj = obj;
           this.handler = handler;
       }
       @Override
       public void sayHello(java.lang.String arg0) { 
    		try {        
    			//最关键的两行代码
    			Method method = HelloWorld.class.getMethod("sayHello", java.lang.String.class);       
    			handler.invoke(method, obj, arg0);
    		} catch (Exception e) { 
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    }

到此为止，代理类可以永远不需要改变了。

每当需要新的代理需求，则编写一个实现了`MyInvocationHandler`的类就行，然后调用也相当的方便，只需要修改对应的这一行代码的参数即可：`HelloWorld proxyObj = (HelloWorld) Proxy2.newProxyInstance(HelloWorld.class, new HelloWorldImpl(), new MyTimeProxy());`

[java_]: http://blog.csdn.net/liubenlong007/article/details/54848215
[format_png]: /images/20220711/ff319e6e1dbd48009100723b86188ed1.png
[format_png 1]: /images/20220711/4047d51e88e84d3399cb5cf2ef1e0977.png