1. 静态代理
定义：代理模式给某一对象提供一个代理对象，并由代理对象控制对原对象的引用。
1.1 为什么使用代理模式？
- 隔离作用：在某些情况下，一个客户类不想或者不能直接引用一个委托对象，而代理对象可以在客户类和委托对象之间起到中介的作用，特征是代理类和委托类实现相同的接口。
- 开闭原则，增加功能：代理类除了是客户类和委托类的中介之外，我们还可以通过给代理类增加额外的功能来拓展委托类的功能，这样我们只需要修改代理类而不需要在修改委托类，符合代码设计的开闭原则。代理类主要负责为委托类预处理消息、过滤消息、把消息转发给委托类，以及事后对返回结果的处理等。代理类本身并不是真正实现服务，而是通过调用委托类的相关方法，提供特定的服务。真正的业务还是又委托类来实现，但是可以在业务功能的钱后加入一些公共的服务。例如给项目加入缓存、日志功能。
1.2 代理模式的种类
按照代理创建时间来进行分类，可以分为静态代理和动态代理。
- 静态代理：由程序员创建或特定工具自动生成源代码，在对其编译。在程序运行之前，代理类.class文件就已经创建了。
- 动态代理：在程序的运行时通过反射机制动态创建的。
1.3 静态代理
创建一个接口
public interface InterfaceA{
void exec();
}
创建一个类实现InterfaceA
public class RealImplement implement InterfaceA{
public void exec(){
System.out.println("real impl") ;
}
}
创建代理类实现InterfaceA
public class ProxyImplement implement InterfaceA{
private InterfaceA interface ;
public ProxyImplement(){
interface = new RealImplement() ;
}
public void exec(){
System.out.println("dosomethings before);
//实际调用
interface.exec();
System.out.println("dosomethings after);
}
}
使用：
public class Main(){
public static void main(String[] args){
InterfaceA interface = new ProxyImplement() ;
interface.exec();
}
}
2. JDK动态代理
从静态代理中可以看出: 静态代理只能代理一个具体的类，如果要代理一个接口的多个实现的话需要定义不同的代理类。
需要解决这个问题就可以用到 JDK 的动态代理。
其中有两个非常核心的类:
-
java.lang.reflect.Proxy类。 -
java.lang.reflect.InvocationHandle接口。
Proxy 类是用于创建代理对象，而 InvocationHandler 接口主要你是来处理执行逻辑。
如下:
目标类接口
public interface TargetInterface {
public void method();
}
目标类
public class Target implements TargetInterface {
@Override
public void method() {
System.out.println("Target running....");
}
}
实现
Target target = new Target(); //创建目标对象
//创建代理对象
TargetInterface proxy = (TargetInterface) Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
target.getClass().getInterfaces(),new InvocationHandler() {
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
throws Throwable {
System.out.println("前置增强代码...");
Object invoke = method.invoke(target, args);
System.out.println("后置增强代码...");
return invoke;
}
}
);
//测试
proxy.method();
//输出：
前置增强代码...
Target running....
后置增强代码...
2.1 具体步骤
- 通过实现 InvocationHandler 接口创建自己的调用处理器；
- 通过为 Proxy 类指定 ClassLoader 对象和一组 interface 来创建动态代理类；
- 通过反射机制获得动态代理类的构造函数，其唯一参数类型是调用处理器接口类型；
- 通过构造函数创建动态代理类实例，构造时调用处理器对象作为参数被传入。
2.2 源码实现
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
Class<?>[] interfaces,
InvocationHandler h)
throws IllegalArgumentException
{
Objects.requireNonNull(h);
final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
}
//生成代理类对象
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
//使用指定的调用处理程序获取代理类的构造函数对象
try {
if (sm != null) {
checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
}
final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
final InvocationHandler ih = h;
//如果Class作用域为私有，通过 setAccessible 支持访问
if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
cons.setAccessible(true);
return null;
}
});
}
//获取Proxy Class构造函数，创建Proxy代理实例。
return cons.newInstance(new Object[]{h});
} catch (IllegalAccessException|InstantiationException e) {
throw new InternalError(e.toString(), e);
} catch (InvocationTargetException e) {
Throwable t = e.getCause();
if (t instanceof RuntimeException) {
throw (RuntimeException) t;
} else {
throw new InternalError(t.toString(), t);
}
} catch (NoSuchMethodException e) {
throw new InternalError(e.toString(), e);
}
}
利用getProxyClass0(loader, intfs)生成代理类Proxy的Class对象。
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
Class<?>... interfaces) {
//如果接口数量大于65535，抛出非法参数错误
if (interfaces.length > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
}
//如果指定接口的代理类已经存在与缓存中，则不用新创建，直接从缓存中取即可；
//如果缓存中没有指定代理对象，则通过ProxyClassFactory来创建一个代理对象。
return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}
ProxyClassFactory内部类创建、定义代理类，返回给定ClassLoader 和interfaces的代理类。
private static final class ProxyClassFactory
implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>{
// 代理类的名字的前缀统一为“$Proxy”
private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";
// 每个代理类前缀后面都会跟着一个唯一的编号，如$Proxy0、$Proxy1、$Proxy2
private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();
@Override
public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {
Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
for (Class<?> intf : interfaces) {
//验证类加载器加载接口得到对象是否与由apply函数参数传入的对象相同
Class<?> interfaceClass = null;
try {
interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader);
} catch (ClassNotFoundException e) {
}
if (interfaceClass != intf) {
throw new IllegalArgumentException(
intf + " is not visible from class loader");
}
//验证这个Class对象是不是接口
if (!interfaceClass.isInterface()) {
throw new IllegalArgumentException(
interfaceClass.getName() + " is not an interface");
}
if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
throw new IllegalArgumentException(
"repeated interface: " + interfaceClass.getName());
}
}
String proxyPkg = null; // package to define proxy class in
int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;
/*
* Record the package of a non-public proxy interface so that the
* proxy class will be defined in the same package. Verify that
* all non-public proxy interfaces are in the same package.
*/
for (Class<?> intf : interfaces) {
int flags = intf.getModifiers();
if (!Modifier.isPublic(flags)) {
accessFlags = Modifier.FINAL;
String name = intf.getName();
int n = name.lastIndexOf('.');
String pkg = ((n == -1) ? "" : name.substring(0, n + 1));
if (proxyPkg == null) {
proxyPkg = pkg;
} else if (!pkg.equals(proxyPkg)) {
throw new IllegalArgumentException(
"non-public interfaces from different packages");
}
}
}
if (proxyPkg == null) {
// if no non-public proxy interfaces, use com.sun.proxy package
proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
}
/*
* Choose a name for the proxy class to generate.
*/
long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
/*
*
* 生成指定代理类的字节码文件
*/
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
proxyName, interfaces, accessFlags);
try {
return defineClass0(loader, proxyName,
proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
} catch (ClassFormatError e) {
/*
* A ClassFormatError here means that (barring bugs in the
* proxy class generation code) there was some other
* invalid aspect of the arguments supplied to the proxy
* class creation (such as virtual machine limitations
* exceeded).
*/
throw new IllegalArgumentException(e.toString());
}
}
}
一系列检查后，调用ProxyGenerator.generateProxyClass来生成字节码文件。
public static byte[] generateProxyClass(final String var0, Class<?>[] var1, int var2) {
ProxyGenerator var3 = new ProxyGenerator(var0, var1, var2);
// 真正用来生成代理类字节码文件的方法在这里
final byte[] var4 = var3.generateClassFile();
// 保存代理类的字节码文件
if(saveGeneratedFiles) {
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
try {
int var1 = var0.lastIndexOf(46);
Path var2;
if(var1 > 0) {
Path var3 = Paths.get(var0.substring(0, var1).replace('.', File.separatorChar), new String[0]);
Files.createDirectories(var3, new FileAttribute[0]);
var2 = var3.resolve(var0.substring(var1 + 1, var0.length()) + ".class");
} else {
var2 = Paths.get(var0 + ".class", new String[0]);
}
Files.write(var2, var4, new OpenOption[0]);
return null;
} catch (IOException var4x) {
throw new InternalError("I/O exception saving generated file: " + var4x);
}
}
});
}
return var4;
}
生成代理类字节码文件的generateClassFile方法:
private byte[] generateClassFile() {
//下面一系列的addProxyMethod方法是将接口中的方法和Object中的方法添加到代理方法中(proxyMethod)
this.addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);
this.addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);
this.addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);
Class[] var1 = this.interfaces;
int var2 = var1.length;
int var3;
Class var4;
//获得接口中所有方法并添加到代理方法中
for(var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {
var4 = var1[var3];
Method[] var5 = var4.getMethods();
int var6 = var5.length;
for(int var7 = 0; var7 < var6; ++var7) {
Method var8 = var5[var7];
this.addProxyMethod(var8, var4);
}
}
Iterator var11 = this.proxyMethods.values().iterator();
List var12;
while(var11.hasNext()) {
var12 = (List)var11.next();
checkReturnTypes(var12);
}
Iterator var15;
try {
//生成代理类的构造函数
this.methods.add(this.generateConstructor());
var11 = this.proxyMethods.values().iterator();
while(var11.hasNext()) {
var12 = (List)var11.next();
var15 = var12.iterator();
while(var15.hasNext()) {
ProxyGenerator.ProxyMethod var16 = (ProxyGenerator.ProxyMethod)var15.next();
this.fields.add(new ProxyGenerator.FieldInfo(var16.methodFieldName, "Ljava/lang/reflect/Method;", 10));
this.methods.add(var16.generateMethod());
}
}
this.methods.add(this.generateStaticInitializer());
} catch (IOException var10) {
throw new InternalError("unexpected I/O Exception", var10);
}
if(this.methods.size() > '\uffff') {
throw new IllegalArgumentException("method limit exceeded");
} else if(this.fields.size() > '\uffff') {
throw new IllegalArgumentException("field limit exceeded");
} else {
this.cp.getClass(dotToSlash(this.className));
this.cp.getClass("java/lang/reflect/Proxy");
var1 = this.interfaces;
var2 = var1.length;
for(var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {
var4 = var1[var3];
this.cp.getClass(dotToSlash(var4.getName()));
}
this.cp.setReadOnly();
ByteArrayOutputStream var13 = new ByteArrayOutputStream();
DataOutputStream var14 = new DataOutputStream(var13);
try {
var14.writeInt(-889275714);
var14.writeShort(0);
var14.writeShort(49);
this.cp.write(var14);
var14.writeShort(this.accessFlags);
var14.writeShort(this.cp.getClass(dotToSlash(this.className)));
var14.writeShort(this.cp.getClass("java/lang/reflect/Proxy"));
var14.writeShort(this.interfaces.length);
Class[] var17 = this.interfaces;
int var18 = var17.length;
for(int var19 = 0; var19 < var18; ++var19) {
Class var22 = var17[var19];
var14.writeShort(this.cp.getClass(dotToSlash(var22.getName())));
}
var14.writeShort(this.fields.size());
var15 = this.fields.iterator();
while(var15.hasNext()) {
ProxyGenerator.FieldInfo var20 = (ProxyGenerator.FieldInfo)var15.next();
var20.write(var14);
}
var14.writeShort(this.methods.size());
var15 = this.methods.iterator();
while(var15.hasNext()) {
ProxyGenerator.MethodInfo var21 = (ProxyGenerator.MethodInfo)var15.next();
var21.write(var14);
}
var14.writeShort(0);
return var13.toByteArray();
} catch (IOException var9) {
throw new InternalError("unexpected I/O Exception", var9);
}
}
}
字节码生成后，调用defineClass0来解析字节码，生成了Proxy的Class对象。
3. cglib动态代理
目标类
public class Target {
public void method() {
System.out.println("Target running....");
}
}
实现：
Target target = new Target(); //创建目标对象
Enhancer enhancer = new Enhancer(); //创建增强器
enhancer.setSuperclass(Target.class); //设置父类
enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() { //设置回调
@Override
public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
System.out.println("前置代码增强....");
Object invoke = method.invoke(target, objects);
System.out.println("后置代码增强....");
return invoke;
}
});
Target proxy = (Target) enhancer.create(); //创建代理对象
proxy.method();
4. 反射
JAVA反射机制：是在运行状态中，对于任意一个实体类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意方法和属性；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射机制。
意义：
首先，反射机制极大的提高了程序的灵活性和扩展性，降低模块的耦合性，提高自身的适应能力。
其次，通过反射机制可以让程序创建和控制任何类的对象，无需提前硬编码目标类。
再次，使用反射机制能够在运行时构造一个类的对象，判断一个类所具有的成员变量和方法，调用一个对象的方法并生成动态代理。
最后，反射机制是构建框架技术的基础所在，使用反射可以避免将代码写死在框架中。
正是反射有以上的特征，所以它能动态编译和创建对象，极大的激发了编程语言的灵活性，强化了多态的特性，进一步提升了面向对象编程的抽象能力，因而受到编程界的青睐。
4.1 使用场景
-
Java的反射机制在做基础框架的时候非常有用，有一句话这么说来着：反射机制是很多Java框架的基石。而一般应用层面很少用，不过这种东西，现在很多开源框架基本都已经给你封装好了，自己基本用不着写。典型的除了Hibernate之外，还有Spring也用到很多反射机制。经典的就是在xml文件或者properties里面写好了配置，然后在Java类里面解析xml或properties里面的内容，得到一个字符串，然后用反射机制，根据这个字符串获得某个类的Class实例，这样就可以动态配置一些东西，不用每一次都要在代码里面去new或者做其他的事情，以后要改的话直接改配置文件，代码维护起来就很方便了，同时有时候要适应某些需求，Java类里面不一定能直接调用另外的方法，这时候也可以通过反射机制来实现。 总的来说，自己写的很少，具体什么时候要用那要看需求，反射机制无非就是根据一个String来得到你要的实体对象，然后调用它原来的东西。但是如果是要自己写框架的话，那就会用得比较多了。
-
当你做一个软件可以安装插件的功能，你连插件的类型名称都不知道，你怎么实例化这个对象呢？因为程序是支持插件的（第三方的），在开发的时候并不知道 。所以无法在代码中 New出来 ，但反射可以，通过反射，动态加载程序集，然后读出类，检查标记之后再实例化对象，就可以获得正确的类实例。
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在编码阶段不知道那个类名,要在运行期从配置文件读取类名, 这时候就没有办法硬编码new ClassName(),而必须用到反射才能创建这个对象.反射的目的就是为了扩展未知的应用。比如你写了一个程序，这个程序定义了一些接口，只要实现了这些接口的dll都可以作为插件来插入到这个程序中。那么怎么实现呢？就可以通过反射来实现。就是把dll加载进内存，然后通过反射的方式来调用dll中的方法。很多工厂模式就是使用的反射。
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