Java动态代理机制详解(JDK 和CGLIB,Javassist,ASM)

xiaoxiao2021-02-28  62

class文件简介及加载

     Java编译器编译好Java文件之后,产生.class 文件在磁盘中。这种class文件是二进制文件,内容是只有JVM虚拟机能够识别的机器码。JVM虚拟机读取字节码文件,取出二进制数据,加载到内存中,解析.class 文件内的信息,生成对应的 Class对象:

      class字节码文件是根据JVM虚拟机规范中规定的字节码组织规则生成的、具体class文件是怎样组织类信息的,可以参考 此博文:深入理解Java Class文件格式系列。或者是Java虚拟机规范。

     下面通过一段代码演示手动加载 class文件字节码到系统内,转换成class对象,然后再实例化的过程:

     a. 定义一个 Programmer类:

[java] view plain copy print ? package samples;  /**  * 程序猿类  * @author louluan  */  public class Programmer {        public void code()      {          System.out.println(”I’m a Programmer,Just Coding…..”);      }  }   package samples; /** * 程序猿类 * @author louluan */ public class Programmer { public void code() { System.out.println("I'm a Programmer,Just Coding....."); } }      b. 自定义一个类加载器:

[java] view plain copy print ? package samples;  /**  * 自定义一个类加载器,用于将字节码转换为class对象  * @author louluan  */  public class MyClassLoader extends ClassLoader {        public Class<?> defineMyClass( byte[] b, int off, int len)       {          return super.defineClass(b, off, len);      }        }   package samples; /** * 自定义一个类加载器,用于将字节码转换为class对象 * @author louluan */ public class MyClassLoader extends ClassLoader { public Class<?> defineMyClass( byte[] b, int off, int len) { return super.defineClass(b, off, len); } }      c. 然后编译成Programmer.class文件,在程序中读取字节码,然后转换成相应的class对象,再实例化:

[java] view plain copy print ? package samples;    import java.io.File;  import java.io.FileInputStream;  import java.io.FileNotFoundException;  import java.io.IOException;  import java.io.InputStream;  import java.net.URL;    public class MyTest {        public static void main(String[] args) throws IOException {          //读取本地的class文件内的字节码,转换成字节码数组          File file = new File(“.”);          InputStream  input = new FileInputStream(file.getCanonicalPath()+“\\bin\\samples\\Programmer.class”);          byte[] result = new byte[1024];                    int count = input.read(result);          // 使用自定义的类加载器将 byte字节码数组转换为对应的class对象          MyClassLoader loader = new MyClassLoader();          Class clazz = loader.defineMyClass( result, 0, count);          //测试加载是否成功,打印class 对象的名称          System.out.println(clazz.getCanonicalName());                                   //实例化一个Programmer对象                 Object o= clazz.newInstance();                 try {                     //调用Programmer的code方法                      clazz.getMethod(”code”null).invoke(o, null);                     } catch (IllegalArgumentException | InvocationTargetException                          | NoSuchMethodException | SecurityException e) {                       e.printStackTrace();                    }   }  }   package samples; import java.io.File; import java.io.FileInputStream; import java.io.FileNotFoundException; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.net.URL; public class MyTest { public static void main(String[] args) throws IOException { //读取本地的class文件内的字节码,转换成字节码数组 File file = new File("."); InputStream input = new FileInputStream(file.getCanonicalPath()+"\\bin\\samples\\Programmer.class"); byte[] result = new byte[1024]; int count = input.read(result); // 使用自定义的类加载器将 byte字节码数组转换为对应的class对象 MyClassLoader loader = new MyClassLoader(); Class clazz = loader.defineMyClass( result, 0, count); //测试加载是否成功,打印class 对象的名称 System.out.println(clazz.getCanonicalName()); //实例化一个Programmer对象          Object o= clazz.newInstance();          try {              //调用Programmer的code方法              clazz.getMethod("code", null).invoke(o, null);          } catch (IllegalArgumentException | InvocationTargetException                  | NoSuchMethodException | SecurityException e) {              e.printStackTrace();          }  } }      以上代码演示了,通过字节码加载成class 对象的能力,下面看一下在代码中如何生成class文件的字节码。

在运行期的代码中生成二进制字节码

   由于JVM通过字节码的二进制信息加载类的,那么,如果我们在运行期系统中,遵循Java编译系统组织.class文件的格式和结构,生成相应的二进制数据,然后再把这个二进制数据加载转换成对应的类,这样,就完成了在代码中,动态创建一个类的能力了。

      

在运行时期可以按照Java虚拟机规范对class文件的组织规则生成对应的二进制字节码。当前有很多开源框架可以完成这些功能,如ASM,Javassist。

Java字节码生成开源框架介绍–ASM:

ASM 是一个 Java 字节码操控框架。它能够以二进制形式修改已有类或者动态生成类。ASM 可以直接产生二进制 class 文件,也可以在类被加载入 Java 虚拟机之前动态改变类行为。ASM 从类文件中读入信息后,能够改变类行为,分析类信息,甚至能够根据用户要求生成新类。

不过ASM在创建class字节码的过程中,操纵的级别是底层JVM的汇编指令级别,这要求ASM使用者要对class组织结构和JVM汇编指令有一定的了解。

下面通过ASM 生成下面类Programmer的class字节码:

[java] view plain copy print ? package com.samples;  import java.io.PrintStream;    public class Programmer {        public void code()      {          System.out.println(”I’m a Programmer,Just Coding…..”);      }  }   package com.samples; import java.io.PrintStream; public class Programmer { public void code() { System.out.println("I'm a Programmer,Just Coding....."); } }     使用ASM框架提供了ClassWriter 接口,通过访问者模式进行动态创建class字节码,看下面的例子:

[java] view plain copy print ? package samples;    import java.io.File;  import java.io.FileOutputStream;  import java.io.IOException;    import org.objectweb.asm.ClassWriter;  import org.objectweb.asm.MethodVisitor;  import org.objectweb.asm.Opcodes;  public class MyGenerator {        public static void main(String[] args) throws IOException {            System.out.println();          ClassWriter classWriter = new ClassWriter(0);          // 通过visit方法确定类的头部信息          classWriter.visit(Opcodes.V1_7,// java版本                  Opcodes.ACC_PUBLIC,// 类修饰符                  ”Programmer”// 类的全限定名                  null“java/lang/Object”null);                    //创建构造函数          MethodVisitor mv = classWriter.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, ”<init>”“()V”nullnull);          mv.visitCode();          mv.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0);          mv.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, ”java/lang/Object”“<init>”,“()V”);          mv.visitInsn(Opcodes.RETURN);          mv.visitMaxs(11);          mv.visitEnd();                    // 定义code方法          MethodVisitor methodVisitor = classWriter.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, ”code”“()V”,                  nullnull);          methodVisitor.visitCode();          methodVisitor.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, ”java/lang/System”“out”,                  ”Ljava/io/PrintStream;”);          methodVisitor.visitLdcInsn(”I’m a Programmer,Just Coding…..”);          methodVisitor.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, ”java/io/PrintStream”“println”,                  ”(Ljava/lang/String;)V”);          methodVisitor.visitInsn(Opcodes.RETURN);          methodVisitor.visitMaxs(22);          methodVisitor.visitEnd();          classWriter.visitEnd();           // 使classWriter类已经完成          // 将classWriter转换成字节数组写到文件里面去          byte[] data = classWriter.toByteArray();          File file = new File(“D://Programmer.class”);          FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);          fout.write(data);          fout.close();      }  }   package samples; import java.io.File; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; import org.objectweb.asm.ClassWriter; import org.objectweb.asm.MethodVisitor; import org.objectweb.asm.Opcodes; public class MyGenerator { public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println(); ClassWriter classWriter = new ClassWriter(0); // 通过visit方法确定类的头部信息 classWriter.visit(Opcodes.V1_7,// java版本 Opcodes.ACC_PUBLIC,// 类修饰符 "Programmer", // 类的全限定名 null, "java/lang/Object", null); //创建构造函数 MethodVisitor mv = classWriter.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "<init>", "()V", null, null); mv.visitCode(); mv.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0); mv.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, "java/lang/Object", "<init>","()V"); mv.visitInsn(Opcodes.RETURN); mv.visitMaxs(1, 1); mv.visitEnd(); // 定义code方法 MethodVisitor methodVisitor = classWriter.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "code", "()V", null, null); methodVisitor.visitCode(); methodVisitor.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;"); methodVisitor.visitLdcInsn("I'm a Programmer,Just Coding....."); methodVisitor.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V"); methodVisitor.visitInsn(Opcodes.RETURN); methodVisitor.visitMaxs(2, 2); methodVisitor.visitEnd(); classWriter.visitEnd(); // 使classWriter类已经完成 // 将classWriter转换成字节数组写到文件里面去 byte[] data = classWriter.toByteArray(); File file = new File("D://Programmer.class"); FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file); fout.write(data); fout.close(); } }      上述的代码执行过后,用Java反编译工具(如JD_GUI)打开D盘下生成的Programmer.class,可以看到以下信息:

        再用上面我们定义的类加载器将这个class文件加载到内存中,然后 创建class对象,并且实例化一个对象,调用code方法,会看到下面的结果:

    以上表明:在代码里生成字节码,并动态地加载成class对象、创建实例是完全可以实现的。

Java字节码生成开源框架介绍–Javassist:

Javassist是一个开源的分析、编辑和创建Java字节码的类库。是由东京工业大学的数学和计算机科学系的 Shigeru Chiba (千叶 滋)所创建的。它已加入了开放源代码JBoss 应用服务器项目,通过使用Javassist对字节码操作为JBoss实现动态AOP框架。javassist是jboss的一个子项目,其主要的优点,在于简单,而且快速。直接使用java编码的形式,而不需要了解虚拟机指令,就能动态改变类的结构,或者动态生成类。

下面通过Javassist创建上述的Programmer类:

[java] view plain copy print ? import javassist.ClassPool;  import javassist.CtClass;  import javassist.CtMethod;  import javassist.CtNewMethod;    public class MyGenerator {        public static void main(String[] args) throws Exception {          ClassPool pool = ClassPool.getDefault();          //创建Programmer类               CtClass cc= pool.makeClass(”com.samples.Programmer”);          //定义code方法          CtMethod method = CtNewMethod.make(”public void code(){}”, cc);          //插入方法代码          method.insertBefore(”System.out.println(\”I’m a Programmer,Just Coding…..\”);”);          cc.addMethod(method);          //保存生成的字节码          cc.writeFile(”d://temp”);      }  }   import javassist.ClassPool; import javassist.CtClass; import javassist.CtMethod; import javassist.CtNewMethod; public class MyGenerator { public static void main(String[] args) throws Exception { ClassPool pool = ClassPool.getDefault(); //创建Programmer类 CtClass cc= pool.makeClass("com.samples.Programmer"); //定义code方法 CtMethod method = CtNewMethod.make("public void code(){}", cc); //插入方法代码 method.insertBefore("System.out.println(\"I'm a Programmer,Just Coding.....\");"); cc.addMethod(method); //保存生成的字节码 cc.writeFile("d://temp"); } } 通过JD-gui反编译工具打开Programmer.class 可以看到以下代码:

代理的基本构成:

        代理模式上,基本上有Subject角色,RealSubject角色,Proxy角色。其中:Subject角色负责定义RealSubject和Proxy角色应该实现的接口;RealSubject角色用来真正完成业务服务功能;Proxy角色负责将自身的Request请求,调用realsubject 对应的request功能来实现业务功能,自己不真正做业务。

      

     

      上面的这幅代理结构图是典型的静态的代理模式:

       当在代码阶段规定这种代理关系,Proxy类通过编译器编译成class文件,当系统运行时,此class已经存在了。这种静态的代理模式固然在访问无法访问的资源,增强现有的接口业务功能方面有很大的优点,但是大量使用这种静态代理,会使我们系统内的类的规模增大,并且不易维护;并且由于Proxy和RealSubject的功能 本质上是相同的,Proxy只是起到了中介的作用,这种代理在系统中的存在,导致系统结构比较臃肿和松散。

       为了解决这个问题,就有了动态地创建Proxy的想法:在运行状态中,需要代理的地方,根据Subject 和RealSubject,动态地创建一个Proxy,用完之后,就会销毁,这样就可以避免了Proxy 角色的class在系统中冗杂的问题了。

下面以一个代理模式实例阐述这一问题:

   将车站的售票服务抽象出一个接口TicketService,包含问询,卖票,退票功能,车站类Station实现了TicketService接口,车票代售点StationProxy则实现了代理角色的功能,类图如下所示。

对应的静态的代理模式代码如下所示:

[java] view plain copy print ? package com.foo.proxy;    /**  * 售票服务接口实现类,车站  * @author louluan  */  public class Station implements TicketService {        @Override      public void sellTicket() {          System.out.println(”\n\t售票…..\n”);      }        @Override      public void inquire() {          System.out.println(”\n\t问询。。。。\n”);      }        @Override      public void withdraw() {          System.out.println(”\n\t退票……\n”);      }    }   package com.foo.proxy; /** * 售票服务接口实现类,车站 * @author louluan */ public class Station implements TicketService { @Override public void sellTicket() { System.out.println("\n\t售票.....\n"); } @Override public void inquire() { System.out.println("\n\t问询。。。。\n"); } @Override public void withdraw() { System.out.println("\n\t退票......\n"); } } [java] view plain copy print ? package com.foo.proxy;  /**  * 售票服务接口   * @author louluan  */  public interface TicketService {        //售票      public void sellTicket();            //问询      public void inquire();            //退票      public void withdraw();        }   package com.foo.proxy; /** * 售票服务接口 * @author louluan */ public interface TicketService { //售票 public void sellTicket(); //问询 public void inquire(); //退票 public void withdraw(); } [java] view plain copy print ? package com.foo.proxy;    /**  * 车票代售点  * @author louluan  *  */  public class StationProxy implements TicketService {        private Station station;        public StationProxy(Station station){          this.station = station;      }            @Override      public void sellTicket() {            // 1.做真正业务前,提示信息          this.showAlertInfo(“××××您正在使用车票代售点进行购票,每张票将会收取5元手续费!××××”);          // 2.调用真实业务逻辑          station.sellTicket();          // 3.后处理          this.takeHandlingFee();          this.showAlertInfo(“××××欢迎您的光临,再见!××××\n”);        }        @Override      public void inquire() {          // 1做真正业务前,提示信息          this.showAlertInfo(“××××欢迎光临本代售点,问询服务不会收取任何费用,本问询信息仅供参考,具体信息以车站真实数据为准!××××”);          // 2.调用真实逻辑          station.inquire();          // 3。后处理          this.showAlertInfo(“××××欢迎您的光临,再见!××××\n”);      }        @Override      public void withdraw() {          // 1。真正业务前处理          this.showAlertInfo(“××××欢迎光临本代售点,退票除了扣除票额的20%外,本代理处额外加收2元手续费!××××”);          // 2.调用真正业务逻辑          station.withdraw();          // 3.后处理          this.takeHandlingFee();        }        /*      * 展示额外信息      */      private void showAlertInfo(String info) {          System.out.println(info);      }        /*      * 收取手续费      */      private void takeHandlingFee() {          System.out.println(”收取手续费,打印发票。。。。。\n”);      }    }   package com.foo.proxy; /** * 车票代售点 * @author louluan * */ public class StationProxy implements TicketService { private Station station; public StationProxy(Station station){ this.station = station; } @Override public void sellTicket() { // 1.做真正业务前,提示信息 this.showAlertInfo("××××您正在使用车票代售点进行购票,每张票将会收取5元手续费!××××"); // 2.调用真实业务逻辑 station.sellTicket(); // 3.后处理 this.takeHandlingFee(); this.showAlertInfo("××××欢迎您的光临,再见!××××\n"); } @Override public void inquire() { // 1做真正业务前,提示信息 this.showAlertInfo("××××欢迎光临本代售点,问询服务不会收取任何费用,本问询信息仅供参考,具体信息以车站真实数据为准!××××"); // 2.调用真实逻辑 station.inquire(); // 3。后处理 this.showAlertInfo("××××欢迎您的光临,再见!××××\n"); } @Override public void withdraw() { // 1。真正业务前处理 this.showAlertInfo("××××欢迎光临本代售点,退票除了扣除票额的20%外,本代理处额外加收2元手续费!××××"); // 2.调用真正业务逻辑 station.withdraw(); // 3.后处理 this.takeHandlingFee(); } /* * 展示额外信息 */ private void showAlertInfo(String info) { System.out.println(info); } /* * 收取手续费 */ private void takeHandlingFee() { System.out.println("收取手续费,打印发票。。。。。\n"); } } 由于我们现在不希望静态地有StationProxy类存在,希望在代码中,动态生成器二进制代码,加载进来。为此,使用Javassist开源框架,在代码中动态地生成StationProxy的字节码: [java] view plain copy print ? package com.foo.proxy;      import java.lang.reflect.Constructor;    import javassist.*;  public class Test {        public static void main(String[] args) throws Exception {         createProxy();      }            /*      * 手动创建字节码      */      private static void createProxy() throws Exception      {          ClassPool pool = ClassPool.getDefault();            CtClass cc = pool.makeClass(”com.foo.proxy.StationProxy”);                    //设置接口          CtClass interface1 = pool.get(”com.foo.proxy.TicketService”);          cc.setInterfaces(new CtClass[]{interface1});                    //设置Field          CtField field = CtField.make(”private com.foo.proxy.Station station;”, cc);                    cc.addField(field);                    CtClass stationClass = pool.get(”com.foo.proxy.Station”);          CtClass[] arrays = new CtClass[]{stationClass};          CtConstructor ctc = CtNewConstructor.make(arrays,null,CtNewConstructor.PASS_NONE,null,null, cc);          //设置构造函数内部信息          ctc.setBody(”{this.station=1;}"</span><span>);  </span></span></li><li class=""><span>        cc.addConstructor(ctc);  </span></li><li class="alt"><span>  </span></li><li class=""><span>        <span class="comment">//创建收取手续 takeHandlingFee方法</span><span>  </span></span></li><li class="alt"><span>        CtMethod takeHandlingFee = CtMethod.make(<span class="string">"private void takeHandlingFee() {}"</span><span>, cc);  </span></span></li><li class=""><span>        takeHandlingFee.setBody(<span class="string">"System.out.println(\"收取手续费,打印发票。。。。。\");"</span><span>);  </span></span></li><li class="alt"><span>        cc.addMethod(takeHandlingFee);  </span></li><li class=""><span>          </span></li><li class="alt"><span>        <span class="comment">//创建showAlertInfo 方法</span><span>  </span></span></li><li class=""><span>        CtMethod showInfo = CtMethod.make(<span class="string">"private void showAlertInfo(String info) {}"</span><span>, cc);  </span></span></li><li class="alt"><span>        showInfo.setBody(<span class="string">"System.out.println(1);”);          cc.addMethod(showInfo);                    //sellTicket          CtMethod sellTicket = CtMethod.make(”public void sellTicket(){}”, cc);          sellTicket.setBody(”{this.showAlertInfo(\”××××您正在使用车票代售点进行购票,每张票将会收取5元手续费!××××\”);”                  + ”station.sellTicket();”                  + ”this.takeHandlingFee();”                  + ”this.showAlertInfo(\”××××欢迎您的光临,再见!××××\”);}”);          cc.addMethod(sellTicket);                    //添加inquire方法          CtMethod inquire = CtMethod.make(”public void inquire() {}”, cc);          inquire.setBody(”{this.showAlertInfo(\”××××欢迎光临本代售点,问询服务不会收取任何费用,本问询信息仅供参考,具体信息以车站真实数据为准!××××\”);”          + ”station.inquire();”          + ”this.showAlertInfo(\”××××欢迎您的光临,再见!××××\”);}”          );          cc.addMethod(inquire);                    //添加widthraw方法          CtMethod withdraw = CtMethod.make(”public void withdraw() {}”, cc);          withdraw.setBody(”{this.showAlertInfo(\”××××欢迎光临本代售点,退票除了扣除票额的20%外,本代理处额外加收2元手续费!××××\”);”                  + ”station.withdraw();”                  + ”this.takeHandlingFee();}”                  );          cc.addMethod(withdraw);                    //获取动态生成的class          Class c = cc.toClass();          //获取构造器          Constructor constructor= c.getConstructor(Station.class);          //通过构造器实例化          TicketService o = (TicketService)constructor.newInstance(new Station());          o.inquire();                    cc.writeFile(”D://test”);      }        }   package com.foo.proxy; import java.lang.reflect.Constructor; import javassist.*; public class Test { public static void main(String[] args) throws Exception { createProxy(); } /* * 手动创建字节码 */ private static void createProxy() throws Exception { ClassPool pool = ClassPool.getDefault(); CtClass cc = pool.makeClass("com.foo.proxy.StationProxy"); //设置接口 CtClass interface1 = pool.get("com.foo.proxy.TicketService"); cc.setInterfaces(new CtClass[]{interface1}); //设置Field CtField field = CtField.make("private com.foo.proxy.Station station;", cc); cc.addField(field); CtClass stationClass = pool.get("com.foo.proxy.Station"); CtClass[] arrays = new CtClass[]{stationClass}; CtConstructor ctc = CtNewConstructor.make(arrays,null,CtNewConstructor.PASS_NONE,null,null, cc); //设置构造函数内部信息 ctc.setBody("{this.station=$1;}"); cc.addConstructor(ctc); //创建收取手续 takeHandlingFee方法 CtMethod takeHandlingFee = CtMethod.make("private void takeHandlingFee() {}", cc); takeHandlingFee.setBody("System.out.println(\"收取手续费,打印发票。。。。。\");"); cc.addMethod(takeHandlingFee); //创建showAlertInfo 方法 CtMethod showInfo = CtMethod.make("private void showAlertInfo(String info) {}", cc); showInfo.setBody("System.out.println($1);"); cc.addMethod(showInfo); //sellTicket CtMethod sellTicket = CtMethod.make("public void sellTicket(){}", cc); sellTicket.setBody("{this.showAlertInfo(\"××××您正在使用车票代售点进行购票,每张票将会收取5元手续费!××××\");" + "station.sellTicket();" + "this.takeHandlingFee();" + "this.showAlertInfo(\"××××欢迎您的光临,再见!××××\");}"); cc.addMethod(sellTicket); //添加inquire方法 CtMethod inquire = CtMethod.make("public void inquire() {}", cc); inquire.setBody("{this.showAlertInfo(\"××××欢迎光临本代售点,问询服务不会收取任何费用,本问询信息仅供参考,具体信息以车站真实数据为准!××××\");" + "station.inquire();" + "this.showAlertInfo(\"××××欢迎您的光临,再见!××××\");}" ); cc.addMethod(inquire); //添加widthraw方法 CtMethod withdraw = CtMethod.make("public void withdraw() {}", cc); withdraw.setBody("{this.showAlertInfo(\"××××欢迎光临本代售点,退票除了扣除票额的20%外,本代理处额外加收2元手续费!××××\");" + "station.withdraw();" + "this.takeHandlingFee();}" ); cc.addMethod(withdraw); //获取动态生成的class Class c = cc.toClass(); //获取构造器 Constructor constructor= c.getConstructor(Station.class); //通过构造器实例化 TicketService o = (TicketService)constructor.newInstance(new Station()); o.inquire(); cc.writeFile("D://test"); } } 上述代码执行过后,会产生StationProxy的字节码,并且用生成字节码加载如内存创建对象,调用inquire()方法,会得到以下结果:

通过上面动态生成的代码,我们发现,其实现相当地麻烦在创造的过程中,含有太多的业务代码。我们使用上述创建Proxy代理类的方式的初衷是减少系统代码的冗杂度,但是上述做法却增加了在动态创建代理类过程中的复杂度:手动地创建了太多的业务代码,并且封装性也不够,完全不具有可拓展性和通用性。如果某个代理类的一些业务逻辑非常复杂,上述的动态创建代理的方式是非常不可取的!

InvocationHandler角色的由来

仔细思考代理模式中的代理Proxy角色。Proxy角色在执行代理业务的时候,无非是在调用真正业务之前或者之后做一些“额外”业务。

       有上图可以看出,代理类处理的逻辑很简单:在调用某个方法前及方法后做一些额外的业务。换一种思路就是:在触发(invoke)真实角色的方法之前或者之后做一些额外的业务。那么,为了构造出具有通用性和简单性的代理类,可以将所有的触发真实角色动作交给一个触发的管理器,让这个管理器统一地管理触发。这种管理器就是Invocation Handler。

动态代理模式的结构跟上面的静态代理模式稍微有所不同,多引入了一个InvocationHandler角色。

先解释一下InvocationHandler的作用:

在静态代理中,代理Proxy中的方法,都指定了调用了特定的realSubject中的对应的方法:

在上面的静态代理模式下,Proxy所做的事情,无非是调用在不同的request时,调用触发realSubject对应的方法;更抽象点看,Proxy所作的事情;在Java中 方法(Method)也是作为一个对象来看待了,

动态代理工作的基本模式就是将自己的方法功能的实现交给 InvocationHandler角色,外界对Proxy角色中的每一个方法的调用,Proxy角色都会交给InvocationHandler来处理,而InvocationHandler则调用具体对象角色的方法。如下图所示:

在这种模式之中:代理Proxy 和RealSubject 应该实现相同的功能,这一点相当重要。(我这里说的功能,可以理解为某个类的public方法)

在面向对象的编程之中,如果我们想要约定Proxy 和RealSubject可以实现相同的功能,有两种方式:

    a.一个比较直观的方式,就是定义一个功能接口,然后让Proxy 和RealSubject来实现这个接口。

    b.还有比较隐晦的方式,就是通过继承。因为如果Proxy 继承自RealSubject,这样Proxy则拥有了RealSubject的功能,Proxy还可以通过重写RealSubject中的方法,来实现多态。

其中JDK中提供的创建动态代理的机制,是以a 这种思路设计的,而cglib 则是以b思路设计的。

JDK的动态代理创建机制—-通过接口

   比如现在想为RealSubject这个类创建一个动态代理对象,JDK主要会做以下工作:

    1.   获取 RealSubject上的所有接口列表;     2.   确定要生成的代理类的类名,默认为:com.sun.proxy.$ProxyXXXX ;

    3.   根据需要实现的接口信息,在代码中动态创建 该Proxy类的字节码;

    4 .  将对应的字节码转换为对应的class 对象;

    5.   创建InvocationHandler 实例handler,用来处理Proxy所有方法调用;

    6.   Proxy 的class对象 以创建的handler对象为参数,实例化一个proxy对象

JDK通过 java.lang.reflect.Proxy包来支持动态代理,一般情况下,我们使用下面的newProxyInstance方法

static ObjectnewProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)           返回一个指定接口的代理类实例,该接口可以将方法调用指派到指定的调用处理程序。 而对于InvocationHandler,我们需要实现下列的invoke方法:

在调用代理对象中的每一个方法时,在代码内部,都是直接调用了InvocationHandler 的invoke方法,而invoke方法根据代理类传递给自己的method参数来区分是什么方法。

 Objectinvoke(Object proxy,Method method,Object[] args)           在代理实例上处理方法调用并返回结果。

讲的有点抽象,下面通过一个实例来演示一下吧:

JDK动态代理示例

    现在定义两个接口Vehicle和Rechargable,Vehicle表示交通工具类,有drive()方法;Rechargable接口表示可充电的(工具),有recharge() 方法;

    定义一个实现两个接口的类ElectricCar,类图如下:

      

通过下面的代码片段,来为ElectricCar创建动态代理类:

[java] view plain copy print ? package com.foo.proxy;    import java.lang.reflect.InvocationHandler;  import java.lang.reflect.Proxy;    public class Test {        public static void main(String[] args) {            ElectricCar car = new ElectricCar();          // 1.获取对应的ClassLoader          ClassLoader classLoader = car.getClass().getClassLoader();            // 2.获取ElectricCar 所实现的所有接口          Class[] interfaces = car.getClass().getInterfaces();          // 3.设置一个来自代理传过来的方法调用请求处理器,处理所有的代理对象上的方法调用          InvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(car);          /*           4.根据上面提供的信息,创建代理对象 在这个过程中,                           a.JDK会通过根据传入的参数信息动态地在内存中创建和.class 文件等同的字节码                  b.然后根据相应的字节码转换成对应的class,                           c.然后调用newInstance()创建实例          */          Object o = Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, handler);          Vehicle vehicle = (Vehicle) o;          vehicle.drive();          Rechargable rechargeable = (Rechargable) o;          rechargeable.recharge();      }  }   package com.foo.proxy; import java.lang.reflect.InvocationHandler; import java.lang.reflect.Proxy; public class Test { public static void main(String[] args) { ElectricCar car = new ElectricCar(); // 1.获取对应的ClassLoader ClassLoader classLoader = car.getClass().getClassLoader(); // 2.获取ElectricCar 所实现的所有接口 Class[] interfaces = car.getClass().getInterfaces(); // 3.设置一个来自代理传过来的方法调用请求处理器,处理所有的代理对象上的方法调用 InvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(car); /* 4.根据上面提供的信息,创建代理对象 在这个过程中, a.JDK会通过根据传入的参数信息动态地在内存中创建和.class 文件等同的字节码 b.然后根据相应的字节码转换成对应的class, c.然后调用newInstance()创建实例 */ Object o = Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, handler); Vehicle vehicle = (Vehicle) o; vehicle.drive(); Rechargable rechargeable = (Rechargable) o; rechargeable.recharge(); } } [java] view plain copy print ? package com.foo.proxy;  /**  * 交通工具接口  * @author louluan  */  public interface Vehicle {      public void drive();  }   package com.foo.proxy; /** * 交通工具接口 * @author louluan */ public interface Vehicle { public void drive(); } [java] view plain copy print ? package com.foo.proxy;  /**  * 可充电设备接口  * @author louluan  */  public interface Rechargable {        public void recharge();  }   package com.foo.proxy; /** * 可充电设备接口 * @author louluan */ public interface Rechargable { public void recharge(); } [java] view plain copy print ? package com.foo.proxy;  /**  * 电能车类,实现Rechargable,Vehicle接口  * @author louluan  */  public class ElectricCar implements Rechargable, Vehicle {        @Override      public void drive() {          System.out.println(”Electric Car is Moving silently…”);      }        @Override      public void recharge() {          System.out.println(”Electric Car is Recharging…”);      }    }   package com.foo.proxy; /** * 电能车类,实现Rechargable,Vehicle接口 * @author louluan */ public class ElectricCar implements Rechargable, Vehicle { @Override public void drive() { System.out.println("Electric Car is Moving silently..."); } @Override public void recharge() { System.out.println("Electric Car is Recharging..."); } } [java] view plain copy print ? package com.foo.proxy;    import java.lang.reflect.InvocationHandler;  import java.lang.reflect.Method;    public class InvocationHandlerImpl implements InvocationHandler {        private ElectricCar car;            public InvocationHandlerImpl(ElectricCar car)      {          this.car=car;      }            @Override      public Object invoke(Object paramObject, Method paramMethod,              Object[] paramArrayOfObject) throws Throwable {          System.out.println(”You are going to invoke ”+paramMethod.getName()+“ …”);          paramMethod.invoke(car, null);          System.out.println(paramMethod.getName()+” invocation Has Been finished…”);          return null;      }    }   package com.foo.proxy; import java.lang.reflect.InvocationHandler; import java.lang.reflect.Method; public class InvocationHandlerImpl implements InvocationHandler { private ElectricCar car; public InvocationHandlerImpl(ElectricCar car) { this.car=car; } @Override public Object invoke(Object paramObject, Method paramMethod, Object[] paramArrayOfObject) throws Throwable { System.out.println("You are going to invoke "+paramMethod.getName()+" ..."); paramMethod.invoke(car, null); System.out.println(paramMethod.getName()+" invocation Has Been finished..."); return null; } } 来看一下代码执行后的结果:

 生成动态代理类的字节码并且保存到硬盘中: 

JDK提供了sun.misc.ProxyGenerator.generateProxyClass(String proxyName,class[] interfaces) 底层方法来产生动态代理类的字节码:

下面定义了一个工具类,用来将生成的动态代理类保存到硬盘中:

[java] view plain copy print ? package com.foo.proxy;    import java.io.FileOutputStream;  import java.io.IOException;  import java.lang.reflect.Proxy;  import sun.misc.ProxyGenerator;    public class ProxyUtils {        /*      * 将根据类信息 动态生成的二进制字节码保存到硬盘中,      * 默认的是clazz目录下          * params :clazz 需要生成动态代理类的类          * proxyName : 为动态生成的代理类的名称          */      public static void generateClassFile(Class clazz,String proxyName)      {          //根据类信息和提供的代理类名称,生成字节码                  byte[] classFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, clazz.getInterfaces());           String paths = clazz.getResource(”.”).getPath();          System.out.println(paths);          FileOutputStream out = null;                      try {              //保留到硬盘中              out = new FileOutputStream(paths+proxyName+“.class”);                out.write(classFile);                out.flush();            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            } finally {                try {                    out.close();                } catch (IOException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        }        }   package com.foo.proxy; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; import java.lang.reflect.Proxy; import sun.misc.ProxyGenerator; public class ProxyUtils { /* * 将根据类信息 动态生成的二进制字节码保存到硬盘中, * 默认的是clazz目录下 * params :clazz 需要生成动态代理类的类 * proxyName : 为动态生成的代理类的名称  */ public static void generateClassFile(Class clazz,String proxyName) { //根据类信息和提供的代理类名称,生成字节码 byte[] classFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, clazz.getInterfaces()); String paths = clazz.getResource(".").getPath(); System.out.println(paths); FileOutputStream out = null; try { //保留到硬盘中  out = new FileOutputStream(paths+proxyName+".class"); out.write(classFile); out.flush(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { try { out.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } } 现在我们想将生成的代理类起名为“ElectricCarProxy”,并保存在硬盘,应该使用以下语句: [java] view plain copy print ? ProxyUtils.generateClassFile(car.getClass(), “ElectricCarProxy”);   ProxyUtils.generateClassFile(car.getClass(), "ElectricCarProxy"); 这样将在ElectricCar.class 同级目录下产生 ElectricCarProxy.class文件。用反编译工具如jd-gui.exe 打开,将会看到以下信息: [java] view plain copy print ? import com.foo.proxy.Rechargable;  import com.foo.proxy.Vehicle;  import java.lang.reflect.InvocationHandler;  import java.lang.reflect.Method;  import java.lang.reflect.Proxy;  import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;  /**  生成的动态代理类的组织模式是继承Proxy类,然后实现需要实现代理的类上的所有接口,而在实现的过程中,则是通过将所有的方法都交给了InvocationHandler来处理 */   public final class ElectricCarProxy extends Proxy    implements Rechargable, Vehicle  {    private static Method m1;    private static Method m3;    private static Method m4;    private static Method m0;    private static Method m2;      public ElectricCarProxy(InvocationHandler paramInvocationHandler)      throws     {      super(paramInvocationHandler);    }      public final boolean equals(Object paramObject)      throws     {      try      { // 方法功能实现交给InvocationHandler处理        return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue();      }      catch (Error|RuntimeException localError)      {        throw localError;      }      catch (Throwable localThrowable)      {        throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);      }    }      public final void recharge()      throws     {      try      {           // 方法功能实现交给InvocationHandler处理          this.h.invoke(this, m3, null);        return;      }      catch (Error|RuntimeException localError)      {        throw localError;      }      catch (Throwable localThrowable)      {        throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);      }    }      public final void drive()      throws     {      try      {           // 方法功能实现交给InvocationHandler处理          this.h.invoke(this, m4, null);        return;      }      catch (Error|RuntimeException localError)      {        throw localError;      }      catch (Throwable localThrowable)      {        throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);      }    }      public final int hashCode()      throws     {      try      {           // 方法功能实现交给InvocationHandler处理           return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue();      }      catch (Error|RuntimeException localError)      {        throw localError;      }      catch (Throwable localThrowable)      {        throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);      }    }      public final String toString()      throws     {      try      {           // 方法功能实现交给InvocationHandler处理        return (String)this.h.invoke(this, m2, null);      }      catch (Error|RuntimeException localError)      {        throw localError;      }      catch (Throwable localThrowable)      {        throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);      }    }      static    {      try      {  //为每一个需要方法对象,当调用相应的方法时,分别将方法对象作为参数传递给InvocationHandler处理        m1 = Class.forName(”java.lang.Object”).getMethod(“equals”new Class[] { Class.forName(“java.lang.Object”) });        m3 = Class.forName(”com.foo.proxy.Rechargable”).getMethod(“recharge”new Class[0]);        m4 = Class.forName(”com.foo.proxy.Vehicle”).getMethod(“drive”new Class[0]);        m0 = Class.forName(”java.lang.Object”).getMethod(“hashCode”new Class[0]);        m2 = Class.forName(”java.lang.Object”).getMethod(“toString”new Class[0]);        return;      }      catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException)      {        throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());      }      catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException)      {        throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());      }    }  }   import com.foo.proxy.Rechargable; import com.foo.proxy.Vehicle; import java.lang.reflect.InvocationHandler; import java.lang.reflect.Method; import java.lang.reflect.Proxy; import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException; /** 生成的动态代理类的组织模式是继承Proxy类,然后实现需要实现代理的类上的所有接口,而在实现的过程中,则是通过将所有的方法都交给了InvocationHandler来处理 */ public final class ElectricCarProxy extends Proxy implements Rechargable, Vehicle { private static Method m1; private static Method m3; private static Method m4; private static Method m0; private static Method m2; public ElectricCarProxy(InvocationHandler paramInvocationHandler) throws { super(paramInvocationHandler); } public final boolean equals(Object paramObject) throws { try { // 方法功能实现交给InvocationHandler处理 return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue(); } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } public final void recharge() throws { try { // 方法功能实现交给InvocationHandler处理 this.h.invoke(this, m3, null); return; } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } public final void drive() throws { try { // 方法功能实现交给InvocationHandler处理 this.h.invoke(this, m4, null); return; } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } public final int hashCode() throws { try { // 方法功能实现交给InvocationHandler处理 return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue(); } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } public final String toString() throws { try { // 方法功能实现交给InvocationHandler处理 return (String)this.h.invoke(this, m2, null); } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } static { try { //为每一个需要方法对象,当调用相应的方法时,分别将方法对象作为参数传递给InvocationHandler处理 m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") }); m3 = Class.forName("com.foo.proxy.Rechargable").getMethod("recharge", new Class[0]); m4 = Class.forName("com.foo.proxy.Vehicle").getMethod("drive", new Class[0]); m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]); m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]); return; } catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException) { throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage()); } catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException) { throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage()); } } } 仔细观察可以看出生成的动态代理类有以下特点:

1.继承自 java.lang.reflect.Proxy,实现了 Rechargable,Vehicle 这两个ElectricCar实现的接口;

2.类中的所有方法都是final 的;

3.所有的方法功能的实现都统一调用了InvocationHandler的invoke()方法。

cglib 生成动态代理类的机制—-通过类继承:

       JDK中提供的生成动态代理类的机制有个鲜明的特点是: 某个类必须有实现的接口,而生成的代理类也只能代理某个类接口定义的方法,比如:如果上面例子的ElectricCar实现了继承自两个接口的方法外,另外实现了方法bee() ,则在产生的动态代理类中不会有这个方法了!更极端的情况是:如果某个类没有实现接口,那么这个类就不能同JDK产生动态代理了!

      幸好我们有cglib。“CGLIB(Code Generation Library),是一个强大的,高性能,高质量的Code生成类库,它可以在运行期扩展Java类与实现Java接口。”

cglib 创建某个类A的动态代理类的模式是:

1.   查找A上的所有非final 的public类型的方法定义;

2.   将这些方法的定义转换成字节码;

3.   将组成的字节码转换成相应的代理的class对象;

4.   实现 MethodInterceptor接口,用来处理 对代理类上所有方法的请求(这个接口和JDK动态代理InvocationHandler的功能和角色是一样的)

一个有趣的例子:定义一个Programmer类,一个Hacker类

[java] view plain copy print ? package samples;  /**  * 程序猿类  * @author louluan  */  public class Programmer {        public void code()      {          System.out.println(”I’m a Programmer,Just Coding…..”);      }  }   package samples; /** * 程序猿类 * @author louluan */ public class Programmer { public void code() { System.out.println("I'm a Programmer,Just Coding....."); } } [java] view plain copy print ? package samples;    import java.lang.reflect.Method;    import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;  import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;  /*  * 实现了方法拦截器接口  */  public class Hacker implements MethodInterceptor {      @Override      public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,              MethodProxy proxy) throws Throwable {          System.out.println(”**** I am a hacker,Let’s see what the poor programmer is doing Now…”);          proxy.invokeSuper(obj, args);          System.out.println(”****  Oh,what a poor programmer…..”);          return null;      }    }   package samples; import java.lang.reflect.Method; import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor; import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy; /* * 实现了方法拦截器接口 */ public class Hacker implements MethodInterceptor { @Override public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable { System.out.println("**** I am a hacker,Let's see what the poor programmer is doing Now..."); proxy.invokeSuper(obj, args); System.out.println("**** Oh,what a poor programmer....."); return null; } } [java] view plain copy print ? package samples;    import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;    public class Test {        public static void main(String[] args) {          Programmer progammer = new Programmer();                    Hacker hacker = new Hacker();          //cglib 中加强器,用来创建动态代理          Enhancer enhancer = new Enhancer();                     //设置要创建动态代理的类          enhancer.setSuperclass(progammer.getClass());                   // 设置回调,这里相当于是对于代理类上所有方法的调用,都会调用CallBack,而Callback则需要实行intercept()方法进行拦截                  enhancer.setCallback(hacker);                  Programmer proxy =(Programmer)enhancer.create();                  proxy.code();                }  }   package samples; import net.sf.cglib.proxy.Enhancer; public class Test { public static void main(String[] args) { Programmer progammer = new Programmer(); Hacker hacker = new Hacker(); //cglib 中加强器,用来创建动态代理 Enhancer enhancer = new Enhancer(); //设置要创建动态代理的类 enhancer.setSuperclass(progammer.getClass()); // 设置回调,这里相当于是对于代理类上所有方法的调用,都会调用CallBack,而Callback则需要实行intercept()方法进行拦截 enhancer.setCallback(hacker); Programmer proxy =(Programmer)enhancer.create(); proxy.code(); } } 程序执行结果:

让我们看看通过cglib生成的class文件内容:

[java] view plain copy print ? package samples;    import java.lang.reflect.Method;  import net.sf.cglib.core.ReflectUtils;  import net.sf.cglib.core.Signature;  import net.sf.cglib.proxy.Callback;  import net.sf.cglib.proxy.Factory;  import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;  import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;    public class Programmer EnhancerByCGLIB fa7aa2cd extends Programmer    implements Factory  {     //……省略    private MethodInterceptor CGLIBCALLBACK_0;  </span><span class="comment">// Enchaner传入的methodInterceptor</span><span>  </span></span></li><li class=""><span>   <span class="comment">// ....省略</span><span>  </span></span></li><li class="alt"><span>  <span class="keyword">public</span><span> </span><span class="keyword">final</span><span> </span><span class="keyword">void</span><span> code()  </span></span></li><li class=""><span>  {  </span></li><li class="alt"><span>    MethodInterceptor tmp4_1 = <span class="keyword">this</span><span>.CGLIBCALLBACK_0;  </span></span></li><li class=""><span>    <span class="keyword">if</span><span> (tmp4_1 == </span><span class="keyword">null</span><span>)  </span></span></li><li class="alt"><span>    {  </span></li><li class=""><span>      tmp4_1;  </span></li><li class="alt"><span>      CGLIBBIND_CALLBACKS(<span class="keyword">this</span><span>);</span><span class="comment">//若callback 不为空,则调用methodInterceptor 的intercept()方法</span><span>  </span></span></li><li class=""><span>    }  </span></li><li class="alt"><span>    <span class="keyword">if</span><span> (</span><span class="keyword">this</span><span>.CGLIBCALLBACK_0 != null)        return;        //如果没有设置callback回调函数,则默认执行父类的方法        super.code();    }     //….后续省略  }   package samples; import java.lang.reflect.Method; import net.sf.cglib.core.ReflectUtils; import net.sf.cglib.core.Signature; import net.sf.cglib.proxy.Callback; import net.sf.cglib.proxy.Factory; import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor; import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy; public class Programmer$$EnhancerByCGLIB$$fa7aa2cd extends Programmer implements Factory { //......省略 private MethodInterceptor CGLIB$CALLBACK_0; // Enchaner传入的methodInterceptor // ....省略 public final void code() { MethodInterceptor tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0; if (tmp4_1 == null) { tmp4_1; CGLIB$BIND_CALLBACKS(this);//若callback 不为空,则调用methodInterceptor 的intercept()方法 } if (this.CGLIB$CALLBACK_0 != null) return; //如果没有设置callback回调函数,则默认执行父类的方法  super.code(); } //....后续省略 }

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