詳解Java的Proxy動(dòng)態(tài)代理機(jī)制

更新時(shí)間：2021年06月28日 10:44:36 作者：知了一笑

Java有兩種代理方式，一種是靜態(tài)代理，另一種是動(dòng)態(tài)代理。對(duì)于靜態(tài)代理，其實(shí)就是通過(guò)依賴(lài)注入，對(duì)對(duì)象進(jìn)行封裝，不讓外部知道實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。很多 API 就是通過(guò)這種形式來(lái)封裝的

一、Jvm加載對(duì)象

在說(shuō)Java動(dòng)態(tài)代理之前，還是要說(shuō)一下Jvm加載對(duì)象的過(guò)程，這個(gè)依舊是理解動(dòng)態(tài)代理的基礎(chǔ)性原理：

Java類(lèi)即源代碼程序.java類(lèi)型文件，經(jīng)過(guò)編譯器編譯之后就被轉(zhuǎn)換成字節(jié)代碼.class類(lèi)型文件，類(lèi)加載器負(fù)責(zé)讀取字節(jié)代碼，并轉(zhuǎn)換成java.lang.Class對(duì)象，描述類(lèi)在元數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，類(lèi)被實(shí)例化時(shí)，堆中存儲(chǔ)實(shí)例化的對(duì)象信息，并且通過(guò)對(duì)象類(lèi)型數(shù)據(jù)的指針找到類(lèi)。

過(guò)程描述：源碼->.java文件->.class文件->Class對(duì)象->實(shí)例對(duì)象

所以通過(guò)New創(chuàng)建對(duì)象，獨(dú)斷其背后很多實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，理解上述過(guò)程之后，再了解一個(gè)常用的設(shè)計(jì)模式，即代理模式。

二、代理模式

2.1、基本描述

代理模式給某一個(gè)(目標(biāo))對(duì)象提供一個(gè)代理對(duì)象，并由代理對(duì)象持有目標(biāo)對(duì)象的引用。所謂代理，就是一個(gè)對(duì)象代表另一個(gè)對(duì)象執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作程序。而代理對(duì)象可以在客戶(hù)端和目標(biāo)對(duì)象之間起到中介的作用。

代理模式在實(shí)際的生活中場(chǎng)景很多，例如中介、律師、代購(gòu)等行業(yè)，都是簡(jiǎn)單的代理邏輯，在這個(gè)模式下存在兩個(gè)關(guān)鍵角色：

目標(biāo)對(duì)象角色：即代理對(duì)象所代表的對(duì)象。

代理對(duì)象角色：內(nèi)部含有目標(biāo)對(duì)象的引用，可以操作目標(biāo)對(duì)象；AOP編程就是基于這個(gè)思想。

2.2、靜動(dòng)態(tài)模式

靜態(tài)代理：在程序運(yùn)行之前確定代理角色，并且明確代理類(lèi)和目標(biāo)類(lèi)的關(guān)系。
動(dòng)態(tài)代理：基于Java反射機(jī)制，在JVM運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和生成代理對(duì)象。

三、靜態(tài)代理

基于上述靜態(tài)代理的概念，用一段代碼進(jìn)行描述實(shí)現(xiàn)，基本邏輯如下：

明確目標(biāo)對(duì)象即被代理的對(duì)象；
定義代理對(duì)象，通過(guò)構(gòu)造器持有目標(biāo)對(duì)象；
代理對(duì)象中定義前后置增強(qiáng)方法；

目標(biāo)對(duì)象與前后置增強(qiáng)代碼就組成了代理對(duì)象，這樣就不用直接訪問(wèn)目標(biāo)對(duì)象，像極了電視劇中那句話：我是律師，我的當(dāng)事人不方便和你對(duì)話。

public class Proxy01 {
    public static void main(String[] args) {
        TargetObj targetObj = new TargetObj() ;
        ProxyObj proxyObj = new ProxyObj(targetObj) ;
        proxyObj.invoke();
    }
}
class TargetObj {
    public void execute (){
        System.out.println("目標(biāo)類(lèi)方法執(zhí)行...");
    }
}
class ProxyObj {
    private TargetObj targetObj ;
    /**
     * 持有目標(biāo)對(duì)象
     */
    public ProxyObj (TargetObj targetObj){
        this.targetObj = targetObj ;
    }
    /**
     * 目標(biāo)對(duì)象方法調(diào)用
     */
    public void invoke (){
        before () ;
        targetObj.execute();
        after () ;
    }
    /**
     * 前后置處理
     */
    public void before (){
        System.out.println("代理對(duì)象前置處理...");
    }
    public void after (){
        System.out.println("代理對(duì)象后置處理...");
    }
}

靜態(tài)代理明確定義了代理對(duì)象，即有一個(gè)代理對(duì)象的.java文件加載到JVM的過(guò)程，很顯然的一個(gè)問(wèn)題，在實(shí)際的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，不可能為每個(gè)目標(biāo)對(duì)象都定義一個(gè)代理類(lèi)，同樣也不能讓一個(gè)代理對(duì)象去代理多個(gè)目標(biāo)對(duì)象，這兩種方式的維護(hù)成本都極高。

代理模式的本質(zhì)是在目標(biāo)對(duì)象的方法前后置入增強(qiáng)操作，但是又不想修改目標(biāo)類(lèi)，通過(guò)前面反射機(jī)制可以知道，在運(yùn)行的時(shí)候可以獲取對(duì)象的結(jié)構(gòu)信息，基于Class信息去動(dòng)態(tài)創(chuàng)建代理對(duì)象，這就是動(dòng)態(tài)代理機(jī)制。

順便說(shuō)一句：技術(shù)的底層實(shí)現(xiàn)邏輯不好理解是眾所周知，然而基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)并不復(fù)雜，例如代理模式的基本原理，但是結(jié)合到實(shí)際的復(fù)雜應(yīng)用中（AOP模式），很難活靈活現(xiàn)的理解到是基于反射和動(dòng)態(tài)代理的方式實(shí)現(xiàn)的。

四、動(dòng)態(tài)代理

4.1、場(chǎng)景描述

基于一個(gè)場(chǎng)景來(lái)描述動(dòng)態(tài)代理和靜態(tài)代理的區(qū)別，即最近幾年很火的概念，海外代購(gòu)：

在代購(gòu)剛興起的初期，是一些常去海外出差的人，會(huì)接代購(gòu)需求，即代理人固定；后來(lái)就興起海外代購(gòu)平臺(tái)，海淘等一系列產(chǎn)品，即用戶(hù)代購(gòu)需求（目標(biāo)對(duì)象）由代購(gòu)平臺(tái)去實(shí)現(xiàn)，但是具體誰(shuí)來(lái)操作這個(gè)就看即時(shí)分配，這個(gè)場(chǎng)景與動(dòng)態(tài)代理的原理類(lèi)似。

4.2、基礎(chǔ)API案例

首先看兩個(gè)核心類(lèi)，這里簡(jiǎn)述下概念，看完基本過(guò)程再細(xì)聊：

Proxy-創(chuàng)建代理對(duì)象，核心參數(shù)：

ClassLoader：（目標(biāo)類(lèi)）加載器；
Interfaces：（目標(biāo)類(lèi)）接口數(shù)組；
InvocationHandler：代理調(diào)用機(jī)制；

InvocationHandler-代理類(lèi)調(diào)用機(jī)制：

invoke：這個(gè)上篇說(shuō)的反射原理；
method：反射類(lèi)庫(kù)中的核心API；

目標(biāo)對(duì)象和接口

interface IUser {
    Integer update (String name) ;
}
class UserService implements IUser {
    @Override
    public Integer update(String name) {
        Integer userId = 99 ;
        System.out.println("UserId="+userId+";updateName="+name);
        return userId ;
    }
}

代理對(duì)象執(zhí)行機(jī)制

class UserHandler implements InvocationHandler {
    private Object target ;
    public UserHandler (Object target){
        this.target = target ;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("before()...");
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("after()...");
        return result;
    }
}

具體組合方式

public class Proxy02 {
    public static void main(String[] args) {
        /*
         * 生成$Proxy0的class文件
         */
        System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
        /*
         * 目標(biāo)對(duì)象信息
         */
        IUser userService = new UserService();
        ClassLoader classLoader = userService.getClass().getClassLoader();
        Class<?>[] interfaces = UserService.class.getInterfaces() ;
        /*
         * 創(chuàng)建代理對(duì)象
         */
        InvocationHandler userHandler = new UserHandler(userService);
        /*
         * 代理類(lèi)對(duì)象名
         * proxyClassName=com.java.proxy.$Proxy0
         */
        String proxyClassName = Proxy.newProxyInstance(classLoader,interfaces,userHandler).getClass().getName();
        System.out.println("proxyClassName="+proxyClassName);
        /*
         * 具體業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)模擬
         */
        IUser proxyUser1 = (IUser) Proxy.newProxyInstance(classLoader,interfaces,userHandler);
        IUser proxyUser2 = (IUser) Proxy.newProxyInstance(classLoader,interfaces,userHandler);
        proxyUser1.update("cicada") ;
        proxyUser2.update("smile") ;
    }
}

這里之所以要生成代理類(lèi)的結(jié)構(gòu)信息，因?yàn)閺腏VM加載的過(guò)程看不到相關(guān)內(nèi)容，關(guān)鍵信息再次被獨(dú)斷：

javap -v Proxy02.class

查看代理類(lèi)名稱(chēng)

/*
 * proxyClassName=com.java.proxy.$Proxy0
 */
String proxyClassName = Proxy.newProxyInstance(classLoader,interfaces,userHandler).getClass().getName();
System.out.println("proxyClassName="+proxyClassName);

下意識(shí)輸出代理對(duì)象名稱(chēng)，這里即對(duì)應(yīng)JVM機(jī)制，找到Class對(duì)象名，然后分析結(jié)構(gòu)，這樣就明白動(dòng)態(tài)代理具體的執(zhí)行原理了。

生成代理類(lèi).class文件

System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");

通過(guò)上面JVM加載對(duì)象的機(jī)制可知，描述代理類(lèi)的Class對(duì)象一定存在，只是在運(yùn)行時(shí)并沒(méi)有生成顯式的.class文件，通過(guò)上面生成代理類(lèi).class的語(yǔ)法，會(huì)在項(xiàng)目目錄的/com/java/proxy路徑下創(chuàng)建文件。

順便說(shuō)一句：作為一只程序員，復(fù)雜總是和我們環(huán)環(huán)相繞，說(shuō)好的簡(jiǎn)單點(diǎn)呢？

4.3、代理類(lèi)結(jié)構(gòu)

繼承與實(shí)現(xiàn)

class $Proxy0 extends Proxy implements IUser {}

從代理類(lèi)的功能來(lái)思考，可以想到需要繼承Proxy與實(shí)現(xiàn)IUser接口，還有就是持有調(diào)用機(jī)制的具體實(shí)現(xiàn)類(lèi)，用來(lái)做業(yè)務(wù)增強(qiáng)。

構(gòu)造方法

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

通過(guò)構(gòu)造方法，持有UserHandler具體的執(zhí)行機(jī)制對(duì)象。

接口實(shí)現(xiàn)

final class $Proxy0 extends Proxy implements IUser {
    private static Method m3;
    public final Integer update(String var1) throws  {
        try {
            return (Integer)super.h.invoke(this, m3, new Object[]{var1});
        } catch (RuntimeException | Error var3) {
            throw var3;
        } catch (Throwable var4) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var4);
        }
    }
}

目標(biāo)類(lèi)的基本需求update()方法，通過(guò)代理類(lèi)進(jìn)行承接，并基于UserHandler實(shí)現(xiàn)具體的增強(qiáng)業(yè)務(wù)處理。

基礎(chǔ)方法

final class $Proxy0 extends Proxy implements IUser {
    private static Method m0;
    private static Method m1;
    private static Method m2;
    public $Proxy0(InvocationHandler var1) throws  {
        super(var1);
    }
    static {
        try {
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString");
            m3 = Class.forName("com.java.proxy.IUser").getMethod("update", Class.forName("java.lang.String"));
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode");
        } catch (NoSuchMethodException var2) {
            throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());
        } catch (ClassNotFoundException var3) {
            throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());
        }
    }
    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 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);
        }
    }
}

基于Object類(lèi)，定義Java中幾個(gè)常用方法equals()判斷，toString()方法，hashCode()值，這個(gè)在分析Map源碼的時(shí)候有說(shuō)過(guò)為什么這幾個(gè)方法通常都是一起出現(xiàn)。

4.4、JDK源碼

上面是案例執(zhí)行的過(guò)程和原理，還有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)要明白，即JDK源碼的邏輯：

IUser proxyUser = (IUser) Proxy.newProxyInstance(classLoader,interfaces,userHandler);

Proxy提供的靜態(tài)方法newProxyInstance()，通過(guò)各個(gè)參數(shù)的傳入，構(gòu)建一個(gè)新的代理Class對(duì)象，即$Proxy0類(lèi)的結(jié)構(gòu)信息，這里再回首看下三個(gè)核心參數(shù)：

ClassLoader：基于JVM運(yùn)行過(guò)程，所以需要獲取目標(biāo)類(lèi)UserService的類(lèi)加載器；
Interfaces：目標(biāo)類(lèi)UserService實(shí)現(xiàn)的接口，從面向?qū)ο髞?lái)考慮，接口與實(shí)現(xiàn)分離，代理類(lèi)通過(guò)實(shí)現(xiàn)IUser接口，模擬目標(biāo)類(lèi)的需求；
InvocationHandler：代理類(lèi)提供的功能封裝即UserHandler，可以在目標(biāo)方法調(diào)用前后做增強(qiáng)處理；

最后總結(jié)一下動(dòng)態(tài)代理的實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)點(diǎn)：Jvm加載原理、反射機(jī)制、面向?qū)ο笏枷?；每次閱讀JDK的源碼都會(huì)驚嘆設(shè)計(jì)者的鬼斧神工，滴水穿石堅(jiān)持才會(huì)有收獲。