深入理解Java動態代理與靜態代理

2022-06-19 14:00:24

前言

學習 Spring 的過程中，不可避免要掌握代理模式。這篇文章總結一下代理模式。顧名思義，代理，就是你委託別人幫你辦事，所以代理模式也有人稱作委託模式的。比如領導要做什麼事，可以委託他的祕書去幫忙做，這時就可以把祕書看做領導的代理。下面將以這個例子來講解。
代理模式又分為靜態代理和動態代理。

一、靜態代理

靜態代理的使用

靜態代理，代理類和被代理的類實現了同樣的介面，代理類同時持有被代理類的參照，這樣，當我們需要呼叫被代理類的方法時，可以通過呼叫代理類的方法來做到。

舉例：假設領導的工作是開會和給員工考評。

先定義一個介面：

package com.sharpcj;
public interface IWork {
    void meeting();
    int evaluate(String name);
}

然後定義領導類：

package com.sharpcj;
import java.util.Random;
public class Leader implements IWork {
    @Override
    public void meeting() {
        System.out.println("領導早上要組織會議");
    }
    @Override
    public int evaluate(String name) {
        int score = new Random(System.currentTimeMillis()).nextInt(20) + 80;
        System.out.println(String.format("領導給%s的考評為%s分", name, score));
        return score;
    }
}

祕書類：

package com.sharpcj;
public class Secretary implements IWork {
    private Leader mLeader;
    public Secretary(Leader mLeader) {
        this.mLeader = mLeader;
    }
    @Override
    public void meeting() {
        System.out.println("祕書先給老闆準備材料");
        mLeader.metting();
    }
    @Override
    public int evaluate(String name) {
        return mLeader.evaluate(name);
    }
}

測試類：

package com.sharpcj;
public class TestApp {
    public static void main(String[] args) {
        Leader leader = new Leader();
        Secretary secretary = new Secretary(leader);
        secretary.meeting();
        secretary.evaluate("Joy");
    }
}

執行結果：

這個程式碼很簡單，注意在呼叫Secretary類的 meeting 方法時，我們呼叫了Leader類的 meeting 的方法，在此之前，我們還擴充了該方法。這時有的人可能有疑惑了，這看起來有點是裝飾者模式了。這到底怎麼回事？

與裝飾者模式的區別

實際上，在裝飾器模式和代理模式之間還是有很多差別的。裝飾器模式關注於在一個物件上動態的新增方法，然而代理模式關注於控制對物件的存取。換句話說，用代理模式，代理類（proxy class）可以對它的客戶隱藏一個物件的具體資訊。因此，當使用代理模式的時候，我們常常在一個代理類中建立一個物件的範例。並且，當我們使用裝飾器模式的時候，我們通常的做法是將原始物件作為一個引數傳給裝飾者的構造器。

我們可以用另外一句話來總結這些差別：使用代理模式，代理和真實物件之間的的關係通常在編譯時就已經確定了，而裝飾者能夠在執行時遞迴地被構造。

先看看兩者的 UML 類圖區別：

代理模式：

裝飾者模式：

兩者虛擬碼：

代理模式:

Interface Subject {
    void doAction()
}
public class RealSubject implements Subject{
    @Override
    public void doAction() {};
}
public class Proxy implements Subject{
       private RealSubject realSubject;

       public Proxy(RealSubject realSubject) {
             //關係在編譯時確定
            this.realSubject = realSubject;
       }
       @Override
       public void doAction() {
             ….
             realSubject.doAction();
             ….
       }
}

裝飾者模式;

Interface Component {
    void doAction()
}
public class ConcreteComponent implement Component {
    @Override
    public void doAction() {};
}
public class Decorator implements Component {
       private Component component;

       public Decorator(Component component) {
             //關係在編譯時確定
            this.component = new component;
       }
       public void doAction() {
             ….
             component.doAction();
             ….
       }
}

其實代理模式和裝飾者模式側重點不一樣，代理模式重點在於明確了被代理的類。如上例中，祕書很明確要代理的是的領導。而裝飾者模式側重於拓展類的方法，裝飾類持有的實現Component介面的類的物件不是固定的，也就是說，裝飾類可以根據在呼叫時傳入的引數，裝飾任意一個實現了 Component 介面的類。

二、動態代理

動態代理的根據實現方式的不同可以分為 JDK 動態代理和 CGlib 動態代理。

JDK 動態代理：利用反射機制生成一個實現代理介面的類，在呼叫具體方法前呼叫InvokeHandler來處理。
CGlib 動態代理：利用ASM（開源的Java位元組碼編輯庫，操作位元組碼）開源包，將代理物件類的class檔案載入進來，通過修改其位元組碼生成子類來處理。
區別：JDK代理只能對實現介面的類生成代理；CGlib是針對類實現代理，對指定的類生成一個子類，並覆蓋其中的方法，這種通過繼承類的實現方式，不能代理final修飾的類。

JDK 動態代理

還是以上面的例子為例：
首先，定一個類實現 InvocationHandler 介面，並實現 invoke 方法：

package com.sharpcj;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
public class WorkInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Object object;
    public WorkInvocationHandler(Object object) {
        this.object = object;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("object: " + object.getClass().getSimpleName());
        System.out.println("proxy: " + proxy.getClass().getSimpleName());

        if ("meeting".equals(method.getName())) {
            System.out.println("代理先準備會議材料...");
            return method.invoke(object, args);
        } else if ("evaluate".equals(method.getName())) {
            if(args[0] instanceof String) {
                if ("James".equals(args[0])) {
                    System.out.println("James 犯過錯誤，所以考評分數較低...");
                    return 70;
                }
            }
            return method.invoke(object, args);
        }
        return null;
    }
}

然後通過 Proxy.newProxyInstance() 方法建立代理物件：

package com.sharpcj;
import java.lang.reflect.Proxy;
public class TestApp {
    public static void main(String[] args) {
        /*Leader leader = new Leader();
        Secretary secretary = new Secretary(leader);
        secretary.meeting();
        secretary.evaluate("Joy");*/
        Leader leader = new Leader();
        IWork proxy = (IWork) Proxy.newProxyInstance(Leader.class.getClassLoader(),
                new Class[]{IWork.class}, new WorkInvocationHandler(leader));
        proxy.meeting();
        proxy.evaluate("Joy");
        proxy.evaluate("James");
    }
}

輸出結果：

我們看到，通過 WorkInvocationHandler 類，我們同樣可以代理 Leader 類的方法的實現，實際上我們實現的是任意的方法的實現，只是我們在建立代理物件的時候傳入的是 Iwork 介面以及 Leader 類物件。

這裡需要注意的是：在 InvocationHandler 介面的 invoke 方法中第一個引數 proxy, 並不是我們呼叫方法的物件，那這個引數是什麼呢？程式碼中，我特別增加相應列印，列印出了 proxy 的類名，實際上 proxy 是代理物件本身，它的意義在於，我們可以在 invoke 方法中，返回該代理物件，然後進行連續呼叫。

看如下例子：

package com.sharpcj.proxytest;
public interface IWork {
    IWork work(String subject);
}

package com.sharpcj.proxytest;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
public class WorkInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Object object;
    public WorkInvocationHandler(Object object) {
        this.object = object;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        if ("work".equals(method.getName())){
            System.out.println("--- work: " + args[0]);
            return proxy;
        }
        return null;
    }
}

package com.sharpcj.proxytest;
import java.lang.reflect.Proxy;
public class TestApp {
    public static void main(String[] args) {
        IWork worker = (IWork) Proxy.newProxyInstance(IWork.class.getClassLoader(), new Class[]{IWork.class},
                new WorkInvocationHandler(new IWork() {
                    @Override
                    public IWork work(String subject) {
                        return null;
                    }
                }));
        worker.work("AAA").work("BBB").work("CCC");
    }
}

結果如下：

CGlib 動態代理實現

首先新增 cglib 依賴

build.gradle 檔案：

... 
dependencies {
    // 引入 cglib 庫
    compile 'cglib:cglib:3.1'
    testCompile group: 'junit', name: 'junit', version: '4.12'
}
...

前面說了，cglib 針對類進行代理，我們以上面的 Leader 類為例，先建立一個類實現 MethodInterceptor介面：

package com.sharpcj;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
import java.lang.reflect.Method;
public class LeaderMethodInterceptor implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        if ("meeting".equals(method.getName())) {
            System.out.println("代理先準備會議材料...");
            return methodProxy.invokeSuper(o, objects);
        } else if ("evaluate".equals(method.getName())) {
            if(objects[0] instanceof String) {
                if ("James".equals(objects[0])) {
                    System.out.println("James 犯過錯誤，所以考評分數較低...");
                    return 70;
                }
            }
            return methodProxy.invokeSuper(o, objects);
        }
        return null;
    }
}

測試程式碼：

package com.sharpcj;
import net.sf.cglib.core.DebuggingClassWriter;
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import java.lang.reflect.Proxy;
public class TestApp {
    public static void main(String[] args) {
        // System.setProperty(DebuggingClassWriter.DEBUG_LOCATION_PROPERTY, "D:tempcode");  //儲存生成的 class 檔案
        Enhancer enhancer = new Enhancer(); // 通過CGLIB動態代理獲取代理物件的過程
        enhancer.setSuperclass(Leader.class); // 設定enhancer物件的父類別
        enhancer.setCallback(new LeaderMethodInterceptor()); // 設定enhancer的回撥物件
        Leader proxy= (Leader)enhancer.create(); // 建立代理物件

        // 通過代理物件呼叫目標方法
        proxy.meeting();
        proxy.evaluate("Joy");
        proxy.evaluate("James");
    }
}

結果如下：