Java代理的几种实现方式

Java极客2023-12-29 9:15


铿然架构 | 作者 / 铿然 这是 铿然架构 的第 120 篇原创文章 ***

1. 简介

本文将通过例子说明java代理的几种实现方式，并比较它们之间的差异。

1.1 例子应用场景

代理对象给被代理对象（目标对象），增加一个目标对象方法被调用的日志，用于后续通过日志采集统计方法被调用次数。

1.2 被代理对象代码

后面所有例子均使用这些相同代码。

● 被代理对象接口

java 复制代码 
public interface Animal {
    void say();
}

● 被代理对象Dog类

java 复制代码 
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class Dog implements Animal {
    @Override
    public void say() {
        log.info("汪汪");
    }
}

● 被代理对象Duck类

java 复制代码 
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class Duck implements Animal {
    @Override
    public void say() {
        log.info("嘎嘎");
    }
}

2. 静态代理

简单点说，静态代理就是在编码阶段已经确定了代理对象。

这里简单回顾下代理模式的基本类结构：

类 描述
Subject 被代理目标类的接口。
RealSubject 被代理目标类。
ProxySubject 代理类，需要实现被代理目标类接口，同时持有被代理目标类对象实例，实际调用时，通过委托的方式调用被代理目标类。
SubjectFactory 被代理目标类的工厂类，通过工厂类屏蔽创建Subject的细节，客户端看到的是Subject，至于具体是哪个实现类不需要关心。

2.1 代码示例

2.1.1 DogStaticProxy

Dog代理类：

java 复制代码 
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
@AllArgsConstructor
// 代理类，实现Subject接口
public class DogStaticProxy implements Animal {
    // 持有RealSubject对象实例
    private Dog dog;

    @Override
    public void say() {
        // 增强的能力，打印方法调用日志
        log.info("Dog.say() called.");
        // 通过委托的方式调用RealSubject对象实例方法
        dog.say();
    }
}

2.1.2 DuckStaticProxy

Duck代理类：

java 复制代码 
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
@AllArgsConstructor
public class DuckStaticProxy implements Animal {
    private Duck duck;

    @Override
    public void say() {
        log.info("Dog.say() called.");
        duck.say();
    }
}

2.1.3 StaticProxyFactory

代理工厂类：

java 复制代码 
public class StaticProxyFactory {
    
    // 屏蔽创建Subject实例的细节，使用者看到的只有Subject接口，即Animal
    public static Animal createDog() {
        return new DogStaticProxy(new Dog());
    }

    public static Animal createDuck() {
        return new DuckStaticProxy(new Duck());
    }
}

2.1.4 StaticProxyFactoryTest

测试代码：

java 复制代码 
import org.junit.jupiter.api.Test;

class StaticProxyFactoryTest {
    @Test
    public void exec() {
        Animal dog = StaticProxyFactory.createDog();
        Animal duck = StaticProxyFactory.createDuck();

        dog.say();
        duck.say();
    }
}

2.1.5 输出日志

yaml 复制代码 
2023-12-28 12:00:35 INFO  DogStaticProxy:16 - Dog.say() called.
2023-12-28 12:00:35 INFO  Dog:10 - 汪汪
2023-12-28 12:00:35 INFO  DuckStaticProxy:13 - Dog.say() called.
2023-12-28 12:00:35 INFO  Duck:9 - 嘎嘎

3. JDK动态代理

动态代理就是在编码阶段还没有确定代理对象，在运行期才动态确定。

如下是JDK动态代理的类结构：

类 描述
Subject 被代理目标类的接口。
RealSubject 被代理目标类。
InvocationHandler 可以理解为一个拦截器，被代理对象方法调用时都会先调用此接口的invoke方法，在invoke方法内部去调用被代理对象方法。
InvocationHandler实现类 InvocationHandler的实现类
Proxy JDK代理工具类，用于生成代理对象，生成代理对象时会用到RealSubject和InvocationHandler实现类。

3.1 代码示例

3.1.1 AnimalInvocationHandler

InvocationHandler的实现类：

java 复制代码 
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

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

@Slf4j
public class AnimalInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Animal animal;

    // 通过构造器传入目标类实例对象
    public AnimalInvocationHandler(Animal animal) {
        this.animal = animal;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // 增强能力，打印方法调用日志，采集后统计调用次数
        log.info(getCalledMethodInfo(method));
        // 调用目标类方法，参数是目标类实例和对应的方法参数
        return method.invoke(animal, args);
    }

    // 辅助方法，返回被调用方法信息
    private String getCalledMethodInfo(Method method) {
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        builder.append(animal.getClass().getSimpleName())
                .append(".")
                .append(method.getName())
                .append("() called.");
        return builder.toString();
    }
}

3.1.2 JDKProxyFactory

代理工厂类：

java 复制代码 
import java.lang.reflect.Proxy;

public class JDKProxyFactory {

    public static Animal createDog() {
        return getProxy(new Dog());
    }

    public static Animal createDuck() {
        return getProxy(new Duck());
    }

    private static Animal getProxy(Animal implInstance) {
        AnimalInvocationHandler handler = new AnimalInvocationHandler(implInstance);
        // 创建代理对象
        Object proxy = Proxy.newProxyInstance(implInstance.getClass().getClassLoader(),
                implInstance.getClass().getInterfaces(),
                handler);
        return (Animal) proxy;
    }
}

3.1.3 JDKProxyFactoryTest

测试类：

java 复制代码 
import org.junit.jupiter.api.Test;

class JDKProxyFactoryTest {

    @Test
    public void exec() {
        Animal dog = JDKProxyFactory.createDog();
        Animal duck = JDKProxyFactory.createDuck();

        dog.say();
        duck.say();
    }
}

3.1.4 输出日志

java 复制代码 
2023-12-28 12:27:37 INFO  AnimalInvocationHandler:19 - Dog.say() called.
2023-12-28 12:27:37 INFO  Dog:10 - 汪汪
2023-12-28 12:27:37 INFO  AnimalInvocationHandler:19 - Duck.say() called.
2023-12-28 12:27:37 INFO  Duck:9 - 嘎嘎

3.2 通用能力重构

打印方法调用日志不仅仅适用于Animal，也适用于其他所有有此需求的类，可以优化一下。

注：此优化非JDK动态代理的能力，存粹就是顺便处理一下，重构无处不在，只要你想做。

3.2.1 代码

3.2.1.1 MethodPrinterInvocationHandler

AnimalInvocationHandler只能适用于Animal，重构通过泛型实现：

java 复制代码 
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

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

@Slf4j
// 使用泛型，只要是有接口的实现类都可以使用
public class MethodPrinterInvocationHandler<T> implements InvocationHandler {
    private T t;
    public MethodPrinterInvocationHandler(T t) {
        this.t = t;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        log.info(getCalledMethod(method));
        return method.invoke(t, args);
    }

    private String getCalledMethod(Method method) {
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        builder.append(t.getClass().getSimpleName())
                .append(".")
                .append(method.getName())
                .append("() called.");
        return builder.toString();
    }
}

3.2.1.2 MethodPrinterJDKProxyFactory

代理工厂类同样通过泛型实现：

java 复制代码 
import java.lang.reflect.Proxy;

public class MethodPrinterJDKProxyFactory {

    // 使用泛型，除了Animal接口和其子类，其他接口和子类也可以使用
    public static <T, R> R getProxy(T implInstance ) {
        MethodPrinterInvocationHandler<T> handler = new MethodPrinterInvocationHandler(implInstance);
        return (R) Proxy.newProxyInstance(implInstance.getClass().getClassLoader(),
                implInstance.getClass().getInterfaces(),
                handler);
    }
}

3.2.1.3 AnimalJDKProxyFactory

java 复制代码 
public class AnimalJDKProxyFactory {
    public static Animal createDuck() {
        return MethodPrinterJDKProxyFactory.getProxy(new Duck());
    }

    public static Animal createDog() {
        return MethodPrinterJDKProxyFactory.getProxy(new Dog());
    }
}

3.2.1.4 MethodPrinterJDKProxyFactoryTest

java 复制代码 
import org.junit.jupiter.api.Test;

class MethodPrinterJDKProxyFactoryTest {

    @Test
    public void exec() {
        Animal dog = AnimalJDKProxyFactory.createDog();
        Animal duck = AnimalJDKProxyFactory.createDuck();
        dog.say();
        duck.say();
    }
}

3.2.1.5 打印日志

java 复制代码 
2023-12-28 12:54:00 INFO  MethodPrinterInvocationHandler:18 - Dog.say() called.
2023-12-28 12:54:00 INFO  Dog:10 - 汪汪
2023-12-28 12:54:00 INFO  MethodPrinterInvocationHandler:18 - Duck.say() called.
2023-12-28 12:54:00 INFO  Duck:9 - 嘎嘎

3.3 JDK动态代理限制

JDK动态代理只能代理接口，无法直接代理类，下面看个例子。

3.3.1 代码

3.3.1.1 Cat

新增一个类，没有实现Animal接口，用于证明没有接口无法使用JDK动态代理：

java 复制代码 
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class Cat {

    public void say() {
        log.info("喵喵");
    }
}

3.1.1.2 CatInvocationHandler

拦截器也要调整，将Cat作为构造器参数，不能再使用Animal：

java 复制代码 
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

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

@Slf4j
public class CatInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Cat cat;
    
    public CatInvocationHandler(Cat cat) {
        this.cat = cat;
    }
    
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        log.info(getCalledMethod(method));
        return method.invoke(cat, args);
    }

    private String getCalledMethod(Method method) {
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        builder.append(cat.getClass().getSimpleName())
                .append(".")
                .append(method.getName())
                .append("() called.");
        return builder.toString();
    }
}

3.1.1.3 ErrorJDKProxyFactory

代理工厂类：

java 复制代码 
import java.lang.reflect.Proxy;

public class ErrorJDKProxyFactory {

    public static Cat createCat() {
        return getProxy(new Cat());
    }

    private static Cat getProxy(Cat cat) {
        CatInvocationHandler handler = new CatInvocationHandler(cat);
        // 这里的写法仍然不变，和之前一样，只是类型变化
        return (Cat) Proxy.newProxyInstance(cat.getClass().getClassLoader(), cat.getClass().getInterfaces(), handler);
    }
}

3.1.1.4 ErrorJDKProxyFactoryTest

测试类：

java 复制代码 
import org.junit.jupiter.api.Test;

class ErrorJDKProxyFactoryTest {

    @Test
    void createCat() {
        Cat cat = ErrorJDKProxyFactory.createCat();
        cat.say();
    }
}

3.1.1.5 输出日志

java 复制代码 
java.lang.ClassCastException: com.sun.proxy.$Proxy8 cannot be cast to com.kengcoder.javaawsome.proxy.jdkproxy.Cat

	at com.kengcoder.javaawsome.proxy.jdkproxy.ErrorJDKProxyFactory.getProxy(ErrorJDKProxyFactory.java:13)
	at com.kengcoder.javaawsome.proxy.jdkproxy.ErrorJDKProxyFactory.createCat(ErrorJDKProxyFactory.java:8)

3.1.1.6 原因分析

● 通过类代理

两个对象类型不一致，没法做强转。

● 通过接口代理

代理对象类型为Animal，可以强转为Animal接口。

4. CGLIB动态代理

CGLIB动态代理是三方库实现，和JDK动态代理的区别是：既可以代理接口，也可以代理类。

CGLIB动态代理实现的类结构如下：

类 描述
Subject 被代理目标类的接口。
RealSubject 被代理目标类。
MethodInterceptor 可以理解为一个拦截器，被代理对象方法调用时都会先调用此接口的intercept方法，在intercept方法内部去调用被代理对象方法。
MethodInterceptor实现类 MethodInterceptor的实现类
Enhancer 代理工具类，用于生成代理对象，生成代理对象时会用到RealSubject和MethodInterceptor实现类。

4.1 代码

4.1.1 CglibInterceptor

MethodInterceptor的实现类：

java 复制代码 
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

import java.lang.reflect.Method;

@Slf4j
public class CglibInterceptor implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object intercept(Object target, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        log.info(getCalledMethod(method));
        return methodProxy.invokeSuper(target, args);
    }

    private String getCalledMethod(Method method) {
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        builder.append(method.getDeclaringClass().getSimpleName())
                .append(".")
                .append(method.getName())
                .append("() called.");
        return builder.toString();
    }
}

4.1.2 CglibProxyFactory

CGLIB代理工厂类，抽象出通用方法：

java 复制代码 
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;

public class CglibProxyFactory {

    public static <T> T getProxy(Class<T> clazz) {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        // 设置超类，字面看就是代理对象是目标类的子类，通过继承方式实现，而不是组合方式实现。
        enhancer.setSuperclass(clazz);
        enhancer.setCallback(new CglibInterceptor());
        return (T)enhancer.create();
    }
}

4.1.3 AnimalCglibProxyFactory

Animal工厂类：

java 复制代码 
public class AnimalCglibProxyFactory {
    public static Animal createDog() {
        return CglibProxyFactory.getProxy(Dog.class);
    }

    public static Animal createDuck() {
        return CglibProxyFactory.getProxy(Duck.class);
    }
}

4.1.4 CglibProxyFactoryTest

java 复制代码 
import org.junit.jupiter.api.Test;

class CglibProxyFactoryTest {
    @Test
    public void exec() {
        Animal dog = AnimalCglibProxyFactory.createDog();
        Animal duck = AnimalCglibProxyFactory.createDuck();

        dog.say();
        duck.say();
    }
}

4.1.5 输出日志

java 复制代码 
2023-12-28 13:23:56 INFO  CglibInterceptor:13 - Dog.say() called.
2023-12-28 13:23:56 INFO  Dog:10 - 汪汪
2023-12-28 13:23:56 INFO  CglibInterceptor:13 - Duck.say() called.
2023-12-28 13:23:56 INFO  Duck:9 - 嘎嘎

5. 总结

本文介绍了几种java代理的实现方式，在过程中通过重构展示了如何通过java泛型实现通用能力，以及通过工厂模式屏蔽类实例创建细节，提升扩展性。

几种java代理的差别如下：

比较项 静态代理 JDK动态代理 CGLIB动态代理
代理对象 接口和类 接口 接口和类
实现接口方法 需手动一一实现 自动实现 自动实现
拦截方法 每个方法独立实现，完全隔离开。 都在一处实现，当指定方法拦截时要增加判断逻辑。 同静态代理。

6. 思考

● 静态代理为什么能代理类？直接代理类有什么弊端？

● 有了动态代理，什么场景使用静态代理？

● 什么场景使用JDK动态代理和CGLIB代理？

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JAVA编程思想（三）去掉别扭的if，自注册策略模式优雅满足开闭原则
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JAVA基础（一）简单、透彻理解内部类和静态内部类
JAVA基础（二）内存优化-使用Java引用做缓存
JAVA基础（三）ClassLoader实现热加载
JAVA基础（五）函数式接口-复用，解耦之利刃

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