从JDK动态代理一步步推导到MyBatis Plugin插件实现原理

lvyuanj2024-03-23 20:02
一、前言

最近项目上，要做一个日志审计的功能（通用SDK，期望可以在任何项目中使用），需要对Mybatis层所有的DDL操作做拦截，以将微服务的链路ID、执行人、Controller门面方法全部持久化到业务库。借此机会深入研究了一下MyBatis的源码，该篇文章重点在于推导从JDK动态代理如何一步步演变到MyBatis Plugin的实现。

二、JDK动态代理
概述

JDK动态代理：在程序运行时，利用反射机制 获取被代理类的字节码内容 进而生成一个实现代理接口的匿名类（代理类），在调用具体方法前调用InvokeHandler来处理；

  1. JDK Proxy动态代理的API包在java.lang.reflect下，其核心api包含InvocationHandler（Interface）和Proxy（class）。

  2. Proxy是Java动态代理机制的主类，其提供一组静态方法来为一组接口动态地生成代理类及其对象。

    static InvocationHandler getInvocationHandler(Object proxy) --> 用于获取指定代理对象所关联的调用处理器。

    static Class getProxyClass(ClassLoader loader, Class[] interfaces) --> 用于获取关联于指定类装载器和一组接口的动态代理类的类对象。

    static boolean isProxyClass(Class cl) --> 用于判断指定类对象是否具有一个动态代理类

    static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces, InvocationHandler h) --> 该方法用于为指定类装载器、一组接口及调用处理器生成动态代理类实例。

    h:表示当这个动态代理对象在调用方法的时候，会关联到哪一个InvocationHandler对象上。

  3. InvocationHandler是负责连接代理类和委托类的中间类必须要实现的接口。

    它定义了一个invoke()方法，用于集中处理在动态代理类对象上的方法调用，通常在该方法中实现对委托类的代理访问。

  4. 优点：

    1. 可以方便的对地代理类的函数进行统一的处理，而不用修改这个代理类的函数。
    2. 简化了编程工作，提高了软件系统的扩展性。因为Java反射机制可以生成任意类型的动态代理类。
    3. 动态代理类的字节码在程序运行时由Java反射机制动态生成，无需程序员手工编写它的源代码。
    4. 接口增加一个方法，动态代理类会直接自动成成对应的代理方法。

    缺点：

    1. JDK Proxy只能对实现了接口的类才能代理，没有接口实现的类，JDK Proxy是无法代理的。

    实现方式：

    1. 委托类：JDK动态代理中接口是必须的，要求委托类必须实现某个接口。

    2. 使用动态代理时，需要定义一个位于代理类与委托类之间的中介类。

    3. 这个中介类必须实现InvocationHandler接口；作为调用处理器"拦截"对代理类方法的调动。

      InvocationHandler接口定义如下：

      当我们调用代理类对象的方法时，这个"调用"会转送到invoke()方法中，代理类对象作为proxy参数传入;

      参数method标识了我们具体调用的是代理类的哪个方法;

      args为这个方法的参数。

      java 复制代码 
      package java.lang.reflect;

public interface InvocationHandler {

    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
        throws Throwable;
}

      中介类：

      我们对代理类中的所有方法的调动都会变为对invoke()的调用，我们可以在invoke()方法中添加统一的处理逻辑（也可以根据method参数对不同的代理类方法做不同的处理）。

      中介类通过聚合方式持有委托类对象引用，把外部对invoke的调用最终都转为对委托类对象的调用。

      java 复制代码 
      public class MyDynamicProxy implements InvocationHandler {

    /**
     * obj为委托类对象
     */
    private Object obj;
    
    public MyDynamicProxy(Object obj){
        this.obj = obj;
    }
   
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("before");     
        Object result = method.invoke(obj, args);
        System.out.println("after");
        return result;
    }
}

      代理类通过Proxy.newProxyInstance()方法生成；

      总结一下：中介类与委托类构成了静态代理关系，在这个关系中，中介类是代理类，委托类就是委托类；代理类与中介类也构成一个静态代理关系。

  5. 原理

    动态代理关系由两组静态代理关系组成，这就是动态代理的原理；

    实际上，中间类(Proxy)与委托类构成了静态代理关系，在这个关系中，中间类是代理类，委托类是委托类。

    然后代理类与中间类也构成一个静态代理关系，在这个关系中，中间类是委托类，代理类是代理类。

    通过newProxyInstance()方法获取到代理类实例，然后通过这个代理类实例调用代理类的方法，对代理类的方法的调用实际上都会调用中介类(调用处理器)的invoke()方法，在invoke方法中我们调用委托类的相应方法，并且可以添加自己的处理逻辑。

动态代理

  1. 委托类（需要被代理的类）Target

  2. Target :

    java 复制代码 
    public interface Target{
    String execute(String name);
}

  3. 委托类（需要被代理的类）Target

    java 复制代码 
    public class TargetImpl implements Target {
    @Override
    public String execute(String name) {
        System.out.println("targetImpl execute() " + name);
        return name;
    }
}

  4. 中介类TargetProxy

    java 复制代码 
    /**
 * JDK动态代理：中介类
 */
public class TargetProxy implements InvocationHandler {

    /**
     * target为委托类对象
     */
    private Object target;

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

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

    /**
     * 创建代理对象
     *
     * @param target 委托类
     * @return
     */
    public static Object wrap(Object target) {
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), new TargetProxy(target));
    }
}

    wrap(Object target)方法用于创建代理对象。

  5. 测试类（运行结果）

    java 复制代码 
    public class MainTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 委托类
        Target target = new TargetImpl();
        // 代理类
        Target targetProxy = (Target) TargetProxy.wrap(target);
        // 实际调用的是代理对象的invoke()方法
        targetProxy.execute("Hello World!");
    }
}

    运行结果：

    java 复制代码 
    before intercept.......
targetImpl execute() Hello World!
after intercept.......

    结果分析：

    • 使用JDK动态代理可以解决问题，实现前置、后置拦截。不过我们要拦截处理的逻辑全部耦合在invoke()方法中，不符合面向对象的思想；想成为一个架构师，必须要抽象起来呀；
    • 尝试设计一个Interceptor接口，需要做什么拦截处理实现接口即可。

  6. 抽象出拦截逻辑（增加Interceptor接口）

    java 复制代码 
    /**
 * 抽象拦截器
 *
 * @author Saint
 */
public interface Interceptor {

    /**
     * 具体的拦截处理
     */
    void intercept();
}

    Interceptor实现：

    日志拦截器

    java 复制代码 
    public class LogInterceptor implements Interceptor {
    @Override
    public void intercept() {
        System.out.println("start record log....");
    }
}

    事务拦截器

    java 复制代码 
    public class TransactionInterceptor implements Interceptor {
    @Override
    public void intercept() {
        System.out.println("start transaction...");
    }
}

    重写代理类TargetProxy2

    增加拦截器处理逻辑；在创建代理类TargetProxy2时添加所有的拦截器；

    java 复制代码 
    public class TargetProxy2 implements InvocationHandler {

    /**
     * target为委托类对象
     */
    private Object target;

    /**
     * 拦截器集合
     */
    private List<Interceptor> interceptorList = new ArrayList<>();

    public TargetProxy2(Object target, List<Interceptor> interceptorList) {
        this.target = target;
        this.interceptorList = interceptorList;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        /**
         * 拦截处理
         */
        interceptorList.forEach(Interceptor::intercept);

        Object result = method.invoke(target, args);
        return result;
    }

    /**
     * 创建代理对象
     *
     * @param target 委托类
     * @return
     */
    public static Object wrap(Object target, List<Interceptor> interceptorList) {
        TargetProxy2 targetProxy = new TargetProxy2(target, interceptorList);
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), targetProxy);
    }
}

    测试类（运行结果）

    java 复制代码 
    public class MainTest2 {
   public static void main(String[] args) {
       // 委托类
       Target target = new TargetImpl();
       // 所有的拦截器
       List<Interceptor> interceptorList = new ArrayList<>();
       interceptorList.add(new LogInterceptor());
       interceptorList.add(new TransactionInterceptor());
       // 代理类
       Target targetProxy = (Target) TargetProxy2.wrap(target, interceptorList);
       // 实际调用的是代理对象的invoke()方法
       targetProxy.execute("Hello World!");
   }
}

    运行结果：

    java 复制代码 
    start record log....
start transaction...
targetImpl execute() Hello World!

    结果分析：

    现在可以实现动态添加拦截器了，也不需要每次都去修改中间类TargetProxy了；

    不过我们这里只有前置拦截耶，聪明的你肯定发现了，我可以定义两个在Interceptor接口里定义两个方法啊，一个beforeIntercept()、一个afterIntercept()；

    但是这样拦截器无法知道拦截对象的信息；我们需要做进一步的抽象，将拦截对象的信息封装起来，作为拦截器拦截方法的入参；目标对象的真正执行交给拦截器interceptor来完成，这样我们不仅可以实现前后置拦截，还能对拦截对象的参数做一些修改。参考MyBatis源码，我们设计一个Invocation对象。

  7. 抽象逻辑器拦截方法入参

    拦截方法入参：Invocation

    java 复制代码 
    /**
 * 拦截器拦截方法入参
 */
public class Invocation {

    /**
     * 目标对象（委托类）
     */
    private Object target;

    /**
     * 执行的目标方法
     */
    private Method method;

    /**
     * 执行方法的参数
     */
    private Object[] args;

    public Invocation(Object target, Method method, Object[] args) {
        this.target = target;
        this.method = method;
        this.args = args;
    }

    /**
     * 执行目标对象的方法
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public Object process() throws Exception {
        return method.invoke(target, args);
    }
}

    修改拦截接口（Interceptor2）

    java 复制代码 
    public interface Interceptor2 {

    /**
     * 具体的拦截处理
     */
    Object intercept(Invocation invocation) throws Exception;
}

    事务拦截器实现：

    java 复制代码 
    public class TransactionInterceptor2 implements Interceptor2 {
    @Override
    public Object intercept(Invocation invocation) throws Exception {
        System.out.println("start transaction...");
        Object result = invocation.process();
        System.out.println("end transaction...");
        return result;
    }
}

    中介(中间)类TargetProxy3

    java 复制代码 
    public class TargetProxy3 implements InvocationHandler {

    /**
     * target为委托类对象
     */
    private Object target;

    /**
     * 拦截器集合
     */
    private Interceptor2 interceptor2;

    public TargetProxy3(Object target, Interceptor2 interceptor2) {
        this.target = target;
        this.interceptor2 = interceptor2;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        Invocation invocation = new Invocation(target, method, args);
        return interceptor2.intercept(invocation);
    }

    /**
     * 创建代理对象
     *
     * @param target 委托类
     * @return
     */
    public static Object wrap(Object target, Interceptor2 interceptor2) {
        TargetProxy3 targetProxy = new TargetProxy3(target, interceptor2);
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), targetProxy);
    }
}

    测试类（运行结果）

    java 复制代码 
    public class MainTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        // 委托类
        Target target = new TargetImpl();
        // 所有的拦截器
        Interceptor2 transactionInterceptor = new TransactionInterceptor2();
        // 代理类
        Target targetProxy = (Target) TargetProxy3.wrap(target, transactionInterceptor);
        // 实际调用的是代理对象的invoke()方法
        targetProxy.execute("Hello World!");
    }
}

    运行结果：

    java 复制代码 
    start transaction...
targetImpl execute()Hello World!
end transaction...

    结果分析：

    • 此时拦截器已经可以获取到拦截对象的信息；不过这样仿佛又回到了最初的起点，只是将原本写在代理类TargetProxy中的逻辑移到了Interceptor，并且此时拦截器也只有一个；

    • 上面这种做法看着就比较别扭，我们换种方式理解：对于目标类（委托类）而言，它只需要知道它内部被插入了哪些拦截器；

    • 换言之，我们可以把拦截器看做是委托类和代理类的中间类（TargetProxy）的代理类，即中间类执行方法的动作由拦截器负责完成；

    • 针对多个拦截器而言，也可以兼容，实际就是代理嵌套再代理。

    拦截器里插入目标对象

    ​ 重写拦截器

    java 复制代码 
    public interface Interceptor3 {

    /**
     * 具体的拦截处理
     */
    Object intercept(Invocation invocation) throws Exception;

    /**
     * 插入目标类（即拦截器作用于那个委托类）
     */
    Object plugin(Object target);
}

    事务拦截器：

    java 复制代码 
    public class TransactionInterceptor3 implements Interceptor3 {
    @Override
    public Object intercept(Invocation invocation) throws Exception {
        System.out.println("start transaction...");
        Object result = invocation.process();
        System.out.println("end transaction...");
        return result;
    }

    @Override
    public Object plugin(Object target) {
        return TargetProxy4.wrap(target, this);
    }
}

    日志拦截器：

    java 复制代码 
    public class LogInterceptor2 implements Interceptor3 {
    @Override
    public Object intercept(Invocation invocation) throws Exception {
        System.out.println("start record log...");
        Object result = invocation.process();
        System.out.println("end record log...");
        return result;
    }

    @Override
    public Object plugin(Object target) {
        return TargetProxy4.wrap(target, this);
    }
}

    中间类（TargetProxy4）和3>一样

    java 复制代码 
    public class TargetProxy4 implements InvocationHandler {

    /**
     * target为委托类对象
     */
    private Object target;

    /**
     * 拦截器集合
     */
    private Interceptor3 interceptor3;

    public TargetProxy4(Object target, Interceptor3 interceptor3) {
        this.target = target;
        this.interceptor3 = interceptor3;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        Invocation invocation = new Invocation(target, method, args);
        return interceptor3.intercept(invocation);
    }

    /**
     * 创建代理对象
     *
     * @param target 委托类
     * @return
     */
    public static Object wrap(Object target, Interceptor3 interceptor3) {
        TargetProxy4 targetProxy = new TargetProxy4(target, interceptor3);
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), targetProxy);
    }
}

    测试类（执行结果）

    java 复制代码 
    public class MainTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        // 委托类
        Target target = new TargetImpl();
        // 所有的拦截器
        Interceptor3 transactionInterceptor = new TransactionInterceptor3();
        Interceptor3 logInterceptor = new LogInterceptor2();
        // 由于log拦截器在最后，所以log拦截器先执行
        target = (Target) transactionInterceptor.plugin(target);
        target = (Target) logInterceptor.plugin(target);

        // 实际调用的是代理对象的invoke()方法
        target.execute("Hello World!");
    }
}

    执行结果：

    java 复制代码 
    start record log...
start transaction...
targetImpl execute() Hello World!
start transaction...
end record log...

    结果分析：

    • 最后插入的拦截器先执行；
    • 本质上来讲这就是代理嵌套再代理；

    时序图如下：

    不过添加拦截器的方式我们可以再优化一下，我们再利用一下OOP的思想，搞个拦截器链；

  8. 拦截器链

    再利用责任链模式，将拦截器串起来，搞成一个链；

    拦截器链（InterceptorChain）

    java 复制代码 
    public class InterceptorChain {
    
    private List<Interceptor3> interceptorList = new ArrayList<>();

    /**
     * 插入所有拦截器
     *
     * @param target
     * @return
     */
    public Object pluginAll(Object target) {
        for (Interceptor3 interceptor : interceptorList) {
            target = interceptor.plugin(target);
        }
        return target;
    }

    public void addInterceptor(Interceptor3 interceptor) {
        interceptorList.add(interceptor);
    }

    /**
     * 返回一个不可修改集合，只能通过addInterceptor方法添加
     *
     * @return
     */
    public List<Interceptor3> getInterceptorList() {
        return Collections.unmodifiableList(interceptorList);
    }
}

    这里通过pluginAll()方法包一层，将所有的拦截器插入到目标类中去；

    测试类（执行结果）

    java 复制代码 
    public class MainTest5 {
    public static void main(String[] args) {
        // 委托类
        Target target = new TargetImpl();
        // 所有的拦截器
        Interceptor3 transactionInterceptor = new TransactionInterceptor3();
        Interceptor3 logInterceptor = new LogInterceptor2();
        InterceptorChain interceptorChain = new InterceptorChain();
        interceptorChain.addInterceptor(transactionInterceptor);
        interceptorChain.addInterceptor(logInterceptor);
        // 由于log拦截器在最后，所以log拦截器先执行
        target = (Target) interceptorChain.pluginAll(target);
        // 实际调用的是代理对象的invoke()方法
        target.execute("Hello World!");
    }
}

    执行结果：

    java 复制代码 
    start record log...
start transaction...
targetImpl execute()Hello World!
end transaction...
end record log...

    结果分析：

    • 不分析了，到这也就结束了。

    三、MyBatis Plugin插件

    在MyBatis Plugin源码中我们可以看到，基本和我们上面推导的最后一种方式一样，其中Plugin相当于我们的TargetProxy。

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