JDK动态代理

在Java中，动态代理使用的频率是很高的，比如Spring的AOP实现中就使用到了动态代理。作为一名有追求的码农，把这些基础搞清楚也是应该的。动态代理的实现方式有多种，各有特点，从JDK自带的动态代理，到CGLib、Javassist等。通常，动态代理用来给已有的接口实现增加通用的强化逻辑。

概要

本文主要涉及JDK动态代理的相关话题，包含以下内容：

  1. 什么是JDK动态代理？
  2. 如何使用JDK动态代理？
  3. 动态代理是如何实现的？
  4. JDK动态代理的使用场景和优缺点是什么？

什么是动态代理

所谓动态代理是相对于静态代理而言的。静态代理需要从代码层面为每种需要代理的类编写静态代理类，使用起来很不灵活。如果代理的类方法很多，会让你崩溃。而动态代理则更加灵活，它会在代码运行时或者编译时自动封装被代理类，大大降低编码量。

如何使用JDK动态代理

JDK为我们提供了一套自动生成代理Class的机制，以此来实现动态代理。JDK首先定义了接口InvocationHandler，这个接口有两个重要的作用。

  • 该接口唯一的方法提供了强化接口功能的入口。方法定义如下：
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable;
    在此方法中，强化功能的逻辑被定义。比如：在某个方法调用前统一打印日志等。一旦调用该方法，被代理对象的功能和强化功能都会被实现。实现该接口的实现类中，在创建对象时，是需要传入原始的被代理对象的，以便在invoke方法中触发被代理对象的实现逻辑。
  • 为JDK自动生成的代理类提供统一的调用。也就是说，自动生成的代理类中，是调用这个接口的方法真正触发了接口本身功能及其强化功能。实际该接口隔离了动态代理类对被代理对象的耦合，这样和动态代理类耦合的仅仅是被代理的接口（可能是多个接口）和功能强化接口InvocationHandler。

实例

  1. 定义两个服务接口。
public interface UserService {
    UserInfo getUserById(int id);
    String getUserNameById(int id);
}
public interface SchoolService {
    String getSchoolName();
}
  1. 服务接口的实现类，注意这里实现了上面两个接口。
public class UserServiceImpl implements UserService, SchoolService {
    // 用户信息列表
    static final List<UserInfo> USERS = new ArrayList<UserInfo>();

    static {
        // 模拟三个用户
        USERS.add(createUser(1, 30, "user1", "male"));
        USERS.add(createUser(2, 28, "user2", "female"));
        USERS.add(createUser(3, 20, "user3", "male"));
    }

    static private UserInfo createUser(int id, int age, String name, String sex) {
        UserInfo info = new UserInfo();
        info.setId(id);
        info.setAge(age);
        info.setName(name);
        info.setSex(sex);
        return info;
    }

    public UserInfo getUserById(int id) {
        for (UserInfo info : USERS) {
            if (info.getId() == id) {
                System.out.println(info.toString());
                return info;
            }
        }

        return null;
    }

    public String getUserNameById(int id) {
        UserInfo userInfo = getUserById(id);
        if (userInfo != null) {
            return userInfo.getName();
        }
        return "User id is invalid!";
    }

    public String getSchoolName() {
        System.out.println("QingHua University");
        return "QingHua University";
    }
}
  1. 功能强化类
/**
 * 使用JDK的动态代理
 */
public class UserServiceJdkProxy implements InvocationHandler {

    // 被代理对象，这里就是UserServiceImpl对象。
    private Object target;

    // 通过构造函数传入被代理对象
    public UserServiceJdkProxy(Object target) {
        this.target = target;
    }

    // proxy是自动生成的代理类对象；
    // method是代理的接口方法，调用哪个就传入哪个；由于这里每个接口方法都会被传入，所以如果只针对某个方法做强化，就需要根据方法名区分。比如，本例中只对方法getUserById做强化，在其调用前做before()，调用后做after()。
    // args是方法参数
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        Object result = null;
        if ("getUserById".equals(method.getName())) {
            before();//功能强化
            result = method.invoke(target, args);
            after();//功能强化
        } else {
            result = method.invoke(target, args);
        }
        return result;
    }

    // 方法调用前的强化逻辑
    private void before() {
        System.out.println("before");
    }

    // 方法调用后的强化逻辑
    private void after() {
        System.out.println("after");
    }
}
  1. 客户端代码
public class MainApp {
    public static void main(String[] args) {
        UserService userService = new UserServiceImpl();
        UserService userServiceProxy = (UserService) Proxy.newProxyInstance(
                UserService.class.getClassLoader(),
                userService.getClass().getInterfaces(),
                new UserServiceJdkProxy(userService));
        userServiceProxy.getUserById(1);

        SchoolService schoolService = (SchoolService) userServiceProxy;
        schoolService.getSchoolName();
    }
}

这里，Proxy.newProxyInstance方法是关键，该方法中会动态生成代理类$Proxy0，并实例化。userServiceProxy实际就是这个动态代理类对象。代理类同时实现了被代理对象实现的两个接口，所以可以强制转换成UserService和SchoolService。类似如下的定义：

public class $Proxy0 implements UserService, SchoolService {
    ...略...
}

看来，如果要想知道动态代理的实现机制，研究Proxy类是关键。

动态代理是如何实现的

JDK实际是定义了一套动态代理的套路给我们，有了这个套路，我们就只需要实现InvocationHandler接口即可。下面来说说这个套路。

  • 首先我们实现接口InvocationHandler，其中定义了我们的强化逻辑；
  • 然后，根据ClassLoader、被代理类实现的接口数组（可能是多个）以及实现了接口InvocationHandler的对象来生成统一的代理类$Proxy0。这正是Proxy.newProxyInstance方法的三个参数。
  • 最终返回给客户端的就是JDK自动生成的动态类对象，它代理了原始实现类，加上了强化逻辑。

自动生成的动态代理类$Proxy0源码如下：

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//

package com.sun.proxy;

import com.ws.springframework.aop.model.UserInfo;
import com.ws.springframework.aop.service.SchoolService;
import com.ws.springframework.aop.service.UserService;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;

public final class $Proxy0 extends Proxy implements UserService, SchoolService {
    private static Method m1;
    private static Method m2;
    private static Method m4;
    private static Method m5;
    private static Method m3;
    private static Method m0;

    public $Proxy0(InvocationHandler var1) throws  {
        super(var1);
    }

    public final boolean equals(Object var1) throws  {
        try {
            return (Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[]{var1});
        } catch (RuntimeException | Error var3) {
            throw var3;
        } catch (Throwable var4) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var4);
        }
    }

    public final String toString() throws  {
        try {
            return (String)super.h.invoke(this, m2, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    public final String getUserNameById(int var1) throws  {
        try {
            return (String)super.h.invoke(this, m4, new Object[]{var1});
        } catch (RuntimeException | Error var3) {
            throw var3;
        } catch (Throwable var4) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var4);
        }
    }

    public final String getSchoolName() throws  {
        try {
            return (String)super.h.invoke(this, m5, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    public final UserInfo getUserById(int var1) throws  {
        try {
            return (UserInfo)super.h.invoke(this, m3, new Object[]{var1});
        } catch (RuntimeException | Error var3) {
            throw var3;
        } catch (Throwable var4) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var4);
        }
    }

    public final int hashCode() throws  {
        try {
            return (Integer)super.h.invoke(this, m0, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    static {
        try {
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString");
            m4 = Class.forName("com.ws.springframework.aop.service.UserService").getMethod("getUserNameById", Integer.TYPE);
            m5 = Class.forName("com.ws.springframework.aop.service.SchoolService").getMethod("getSchoolName");
            m3 = Class.forName("com.ws.springframework.aop.service.UserService").getMethod("getUserById", Integer.TYPE);
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode");
        } catch (NoSuchMethodException var2) {
            throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());
        } catch (ClassNotFoundException var3) {
            throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());
        }
    }
}

这里有几点需要说明下：

  1. 除了被代理对象的接口方法之外，还有Object类下的三个函数也可能同时被强化。（这里如果没有“getUserById”的限制，那么所有的方法都会被强化）
  2. 代理类的基本逻辑就是遍历被代理对象所实现接口的所有method（外加Object的三个方法），自动生成代理类的Method。这些Method中统一调用InvocationHandler接口的方法，以触发强化后的接口逻辑。
  3. 从代理类的定义可以看出来，因为Java不支持多重继承，所以只能代理实现接口的实现类。
  4. Proxy中封装了生成代理class的逻辑。具体在ProxyClassFactory.apply方法中，最终的class文件是在ProxyGenerator.generateProxyClass中生成，有兴趣的可以去研究下。提醒下，ProxyClassFactory实现了BiFunction，其基本语意是输入ClassLoader、Class数组(接口数组)，生成Class文件。

JDK动态代理的使用场景和优缺点

如果被代理类实现了接口，我们就使用JDK自带的代理机制。

  • 优点：不再依赖其他的类库，比如：CGlib等。据说，随着JDK版本的升级，JDK动态代理的效率越来越好，甚至高于CGlib的方式。
  • 缺点：只能代理实现了接口的类。
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