为什么JDK动态代理只能代理接口

podongfeng2023-08-10 13:25

近期在准备找一些新的工作机会，在网上看了一些面试常见问题，看看自己是否能比较好的回答。今天的这个问题：为什么JDK动态代理只能代理接口。这个问题看到次数挺多的，所以自己也深入研究了一下。

一些解答

在网上看了很多人的解答，大致有这么一些：

  • 是JDK动态代理是基于接口实现的，当你使用Proxy类创建代理对象时，你需要指定一个接口列表来表示代理对象所应该实现的接口，这些接口就成为代理对象的类型
  • java是单继承的，JDK动态代理继承了Proxy类，无法同时继承被代理类，只能去实现被代理接口

其实这些答案我理解都是对的，但是都说的比较模糊，没有完全说透，自己使用idea写了例子，看了下生成的代理类，加深一些理解。

使用例子

在实际的开发中，使用动态代理，目的大多是为了对多个方法添加统一的增强逻辑，且不对原始代码做入侵。这里强调了多个，因为在我理解，如果只是为了对一个方法做增强，使用静态代理也可以做到不对原始代码做入侵，实现同样的效果。我们使用动态代理，就是为了这里的动态，对多个方法做统一增强，甚至是暂时还没有的方法，未来添加进来，也可以走到增强逻辑。

这里的使用例子，大致分成这么几个步骤：

  1. 定义接口 UserService，并定义2个方法
  2. 定义接口实现 UserServiceImpl，并实现上述2个方法
  3. 定义java.lang.reflect.InvocationHandler的一个实现类，在这个实现类中，对方法前后进行增强
  4. 在调用处使用Proxy.newProxyInstance来创建代理类，调用UserService接口中的2个方法

下面是这些实际的代码：

UserService
java 复制代码 
package cn.pdf;

import java.util.List;

public interface UserService {

    /**
     * 根据用户ID获取用户姓名
     * @param id 用户id
     * @return 用户姓名
     */
    String getNameById(Long id);

    /**
     * 获取所有的用户名列表
     * @return 所有的用户名列表
     */
    List<String> getAllUserNameList();
}
UserServiceImpl
java 复制代码 
package cn.pdf;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class UserServiceImpl implements UserService {

    @Override
    public String getNameById(Long id) {
        System.out.println("invoke getNameById return foo");
        return "foo";
    }

    @Override
    public List<String> getAllUserNameList() {
        System.out.println("invoke getAllUserNameList return list");
        return Arrays.asList("foo", "bar");
    }
}
MyHandler
java 复制代码 
package cn.pdf;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;

public class MyHandler implements InvocationHandler {

    private Object target;

    public MyHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object o, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        before();
        Object result = method.invoke(target, args);
        after();
        return result;
    }

    private void before() {
        System.out.println("before");
    }

    private void after() {
        System.out.println("after");
    }
}
Main
scss 复制代码 
public static void main(String[] args) {
    // 保存自动生成的动态代理的类
    System.getProperties().put("jdk.proxy.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
    // 1. 创建被代理的对象，UserService接口的实现类
    UserServiceImpl userServiceImpl = new UserServiceImpl();
    // 2. 获取对应的 ClassLoader
    ClassLoader classLoader = userServiceImpl.getClass().getClassLoader();
    // 3. 获取所有接口的Class，这里的UserServiceImpl只实现了一个接口UserService，
    Class[] interfaces = userServiceImpl.getClass().getInterfaces();
    // 4. 创建一个将传给代理类的调用请求处理器，处理所有的代理对象上的方法调用
    MyHandler myHandler = new MyHandler(userServiceImpl);
    UserService proxy = (UserService) Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, myHandler);
    // 调用代理类的方法
    proxy.getNameById(1L);
    proxy.getAllUserNameList();
}

源码解读

UserService和UserServiceImpl是我们的原始接口和实现类，我们重点看下MyHandler和Main。

MyHandler

MyHandler是java.lang.reflect.InvocationHandler的实现类，这个InvocationHandler的接口中，重点就是这个invoke方法，我们在这个方法实现中，使用method.invoke(target, args)来对原始接口进行调用，在它的前面和后面，可以做一些自定义的增强，比如打印日志、判断参数进行分支逻辑、记录接口耗时等。

Main

这里是调用的地方，比较重点的代码是，我们使用UserService proxy = (UserService) Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, myHandler);创建出我们的代理对象，并使用一个原始接口UserService的类型的对象proxy来接收，后续我们调用这个proxy的方法，实际上是调用了代理对象中的方法，会走到增强逻辑。

上面是对动态代理使用代码的一些解读，不过要解答今天的问题，关键在于自动生成的动态代理类的源码。我们在Main中，通过System.getProperties().put("jdk.proxy.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");来保存了自动生成的代理类文件，我们重点看下这个文件，这个文件在原工程的jdk/proxy1目录下，如下图所示：

$Proxy0类的源码
java 复制代码 
//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by FernFlower decompiler)
//

package jdk.proxy1;

import cn.pdf.UserService;
import java.lang.invoke.MethodHandles;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;
import java.util.List;

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

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

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

    public final boolean equals(Object var1) {
        try {
            return (Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[]{var1});
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    public final String toString() {
        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 getNameById(Long var1) {
        try {
            return (String)super.h.invoke(this, m3, new Object[]{var1});
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    public final List getAllUserNameList() {
        try {
            return (List)super.h.invoke(this, m4, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    static {
        try {
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode");
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString");
            m3 = Class.forName("cn.pdf.UserService").getMethod("getNameById", Class.forName("java.lang.Long"));
            m4 = Class.forName("cn.pdf.UserService").getMethod("getAllUserNameList");
        } catch (NoSuchMethodException var2) {
            throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());
        } catch (ClassNotFoundException var3) {
            throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());
        }
    }

    private static MethodHandles.Lookup proxyClassLookup(MethodHandles.Lookup var0) throws IllegalAccessException {
        if (var0.lookupClass() == Proxy.class && var0.hasFullPrivilegeAccess()) {
            return MethodHandles.lookup();
        } else {
            throw new IllegalAccessException(var0.toString());
        }
    }
}

可以看到，这个类中，一开始定义了5个final的Method对象m0~m4，代表原始类的5个方法，其中hashCode、equals、toString应该是原始类从Object继承过来的，getNameById、getAllUserNameList是我们自己定义的方法。在这个类的静态代码块中，对着5个Method对象进行了赋值，供这个类中的5个方法分别使用。这个类的5个方法，核心是调用了super.h.invoke方法。因为这个$Proxy0类是继承自java.lang.reflect.Proxy类，这里的super.h自然也就是java.lang.reflect.Proxy类的h属性，我们可以打开这个类看下。

从上面2个图片中，可以看到，这个h是一个InvocationHandler类型的对象，这个值是在Proxy的构造方法中传入的，其实就是在我们调用Proxy.newProxyInstance的时候传入的myHandler对象，如下图中的源码所示

我的解答

通过上面的示例和源码解读，我们已经大致明白了JDK动态代理的过程，包括使用的方法、自动生成的源码、Proxy.newProxyInstance方法的调用等。我们回到今天开始的问题：为什么JDK动态代理只能代理接口？

我理解可以从这些方面来解答：

  1. 动态代理是为了做多个方法的增强，而我们在使用的地方，必须可以获取到代理对象，且可以使用被代理对象的类型来接收，就如果上面我们使用UserService类型的对象proxy来接收这个代理对象，这样我们才能调用原始的方法，否则，我们无法用原始对象接收的话，我们必须使用这个代理对象的类型来接收，但是我们事先是不知道这个自动生成的代理对象的类型的，如果事先知道的话，这里其实就退化成了静态代理。
  2. 既然要使用原始的类型来接收，那么在java中有2种方法：继承原始对象成为子类，或者 实现原始对象接口。
  3. JDK动态 代理自动生成对的类$Proxy0继承了java.lang.reflect.Proxy类，由于java是单继承的，所以这里没有机会再去继承被代理类。
  4. 所以，这里只剩下第2种方案，实现原始对象的接口。既然要实现原始对象的接口，那么原始的被代理的，只能是接口，不可以是类。

我们可以看出来，关键点在于，JDK动态代理自动生成的代理类在设计的时候，继承了java.lang.reflect.Proxy类，如果这里不是直接继承java.lang.reflect.Proxy类，而是设计了一个类似java.lang.reflect.Proxy类的接口，然后去实现这个接口，那就可以做到继承被代理的类。仔细查看了java.lang.reflect.Proxy类的内容，好像可以设计成java.lang.reflect.Proxy接口也没什么问题，特别是java支持接口中方法的default实现之后，这里做成接口也没什么特别的困难。

所以，这里JDK动态代理自动生成的类继承自java.lang.reflect.Proxy类，可能只是历史原因，当时技术方案设计就是这样，而且我们一般提倡面向接口编程，大多数情况下，动态代理只支持接口并没有什么问题，不过凡事总有例外，也许正式因为对类的动态代理的需求，cglib这种可以支持对类动态代理的库，才获得的了比较广泛的应用。

感谢大家耐心读完，对JDK动态代理自动生成的类为什么设计成继承自java.lang.reflect.Proxy类，而不是实现xxxProxy的接口，请在评论区说出你的理解，大家共同讨论提高。

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