设计模式之 - 代理模式（Proxy Pattern）

Posted 2020-09-26 韧雪飞舞

代理模式：代理是一种常用的设计模式，其目的就是为其他对象提供一个代理以控制对某个对象的访问。代理类负责为委托类预处理消息，过滤消息并转发消息，以及进行消息被委托类执行后的后续处理。很多可以框架中都有用到，比如： spring的AOP的实现主要就是动态代理， mybatis的Mapper代理等。

如下来看下代理模式的UML图（来自百度图片）：

　　

代理类和被代理类实现共同的接口， 其中代理类中包含一个被代理类的实例引用。代理模式可以分为静态代理和动态代理，这里主要学习下动态代理。动态代理作用可以实现业务代理和通用逻辑代码解耦，在不改变业务逻辑的同时，动态的给原逻辑代码添加一些通用功能，比如打印调用日志，权限判定，事务处理等等。

下面用代码实现动态代理：

1. 定义一个人的动作行为接口

package cn.aries.pattern.ProxyPattern;
/**
 * 人的行为接口
 * @author aries
 */
public interface PersonAction {

    /**
     * 说话
     */
    public void personSay();
    /**
     * 跑步
     */
    public void personRunning();
    /**
     * 吃东西
     */
    public void personEating();
    
}

2. 创建人行为的的实现类

package cn.aries.pattern.ProxyPattern;
public class PersonActionImpl implements PersonAction{
    @Override
    public void personSay() {
        System.out.println("人在说话...");
    }
    @Override
    public void personRunning() {
        System.out.println("人在跑步...");        
    }
    @Override
    public void personEating() {
        System.out.println("人在吃东西...");
    }
}

3. 动态代理需要一个实现了InvoketionHandler接口的类

package cn.aries.pattern.ProxyPattern;

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

public class ProxyPerson implements InvocationHandler{
    //被代理的实例对象
    PersonAction obj;
    private ProxyPerson(PersonAction obj){
        this.obj = obj;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        //执行方法之前打印动作开始。
        System.out.println(method.getName() + "ation start ...");
        //使用反射执行目标方法
        method.invoke(obj, args);
        //在方法执行结束时打印动作结束。
        System.out.println(method.getName() + "ation end ...");
        return null;
    }
　　 //定义一个静态方法生成代理对象
    public static Object getProxyPersonAction(PersonAction obj){
        PersonAction proxy = (PersonAction) Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(), obj.getClass().getInterfaces(), new ProxyPerson(obj));
        return proxy;
    }
}

4. 客户端代码

package cn.aries.pattern.ProxyPattern;

public class App {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //设置系统参数，将生成的代理类的class文件保存到本地
        System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
        PersonAction pa = new PersonActionImpl();
        //调用生成代理类的方法
        PersonAction proxyPa = (PersonAction) ProxyPerson.getProxyPersonAction(pa);  
　　　　　//用代理对象调用目标方法      
        proxyPa.personSay();
        proxyPa.personRunning();
        proxyPa.personEating();
        //打印代理对象的父类
        System.out.println(proxyPa.getClass().getSuperclass());
    }
}

执行结果：

personSayation start ...
人在说话...
personSayation end ...
personRunningation start ...
人在跑步...
personRunningation end ...
personEatingation start ...
人在吃东西...
personEatingation end ...
class java.lang.reflect.Proxy

当方法在中的是分别执行我们在目标方法执行前后添加的代码。

5. 代理对象是通过Proxy.newProxyInstance(...)这个方法生成的,我们进入源代码查看下

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)throws IllegalArgumentException{
        if (h == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
        final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
        }
        /*
         * Look up or generate the designated proxy class.
　　　　　   这里生成代理类的字节码文件 
         */
        Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
        /*
         * Invoke its constructor with the designated invocation handler.
         */
        try {
　　　　　　//在这里获取代理类的构造函数，从前面的运行结果中可以得知，代理类是Proxy类的子类
　　　　　　//而constructorParams在Proxy类中是一个静态的常量： private static final Class<?>[] constructorParams = { InvocationHandler.class };
　　　　　  //所以这里获取的带InvocationHandler对象为入参的构造函数，也就是其父类Proxy的构造函数：protected Proxy(InvocationHandler h){...}
          final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            final InvocationHandler ih = h;
　　　　　　　 //这里调用newInstance()方法创建代理对象，其内部实现是：return cons.newInstance(new Object[] {h} );使用反射通过含参（hanlder）生成代理对象。
　　　　　　 //其中h赋值给了其父类Proxy类的成员变量： protected InvocationHandler h;
　　　　　　 //最终在这里生成代理对象并返回
            if (sm != null && ProxyAccessHelper.needsNewInstanceCheck(cl)) {
                // create proxy instance with doPrivilege as the proxy class may
                // implement non-public interfaces that requires a special permission
                return AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Object>() {
                    public Object run() {
                        return newInstance(cons, ih);
                    }
                });
            } else {
                return newInstance(cons, ih);
            }
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new InternalError(e.toString());
        }
    }

 6. 到此我了解了代理对象的生产过程，但是代理对象和handler是什么关系呢，又是如何调用其invoke(...)方法呢，这暂时是个谜团让我们来看下生成的代理类的源码，这些就都清楚了。

  注：System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true"); 这个是设置系统参数，将生产的代理类自己码文件保存在本地，然后我们通过反编译就可以获得其Java代码。

package com.sun.proxy;

import cn.aries.pattern.ProxyPattern.PersonAction;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;

public final class $Proxy0 extends Proxy implements PersonAction {
    //这五个静态变量前三个m0,m1,m2分别是代理类继承的Object类的hashcode(),equals(),toString()方法
    //其他从m3开始是继承的们定义的接口类的方法根据方法的多少m后面的数字递增
    private static Method m1;
    private static Method m3;
    private static Method m5;
    private static Method m0;
    private static Method m4;
    private static Method m2;
    
    static {
        try {
            //这里使用静态代码块对通过反射对代理对象中的方法进行实例化
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") });
            m3 = Class.forName("cn.aries.pattern.ProxyPattern.PersonAction").getMethod("personEating", new Class[0]);
            m5 = Class.forName("cn.aries.pattern.ProxyPattern.PersonAction").getMethod("personRunning", new Class[0]);
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
            m4 = Class.forName("cn.aries.pattern.ProxyPattern.PersonAction").getMethod("personSay", new Class[0]);
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
            return;
        } catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException) {
            throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());
        } catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException) {
            throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());
        }
    }
    
    public $Proxy0(InvocationHandler paramInvocationHandler)throws{
        super(paramInvocationHandler);
    }

    //这里是对我们定义的personEating方法进行实现
    //根据类文件我们可以看到，代理类继承了Proxy类，所以其成员变量中包含一个Handler实例对象的引用
    //在创建代理实例对象的时候，我们使用的protected Proxy(InvocationHandler h) {this.h = h;}这个构造函数
    //所以下面的h就是我们传进去的handler对象
    //这里使用handler对象调用自己的invoke()方法，m3就是我们要执行的方法，
    //后面的方法的参数，如果有参数就传对应的参数，没有就传null
    //此时我们明白了代理对象和handler的关系，以及如何调用到invoke()方法有了明确的认识了。
    public final void personEating()throws{
        try
        {
          this.h.invoke(this, m3, null);
          return;
        }catch (Error|RuntimeException localError){
          throw localError;
        }catch (Throwable localThrowable){
          throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
        }
    }
    //这里原理同上，为了节省空间这里就不贴出来了
    public final void personSay(){...}
    public final void personRunning(){...}

    public final int hashCode()throws{
        try{
          return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
        }catch (Error|RuntimeException localError){
          throw localError;
        }catch (Throwable localThrowable){
          throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
        }
    }
    
    public final String toString()throws {
        try{
          return (String)this.h.invoke(this, m2, null);
        }catch (Error|RuntimeException localError){
          throw localError;
        }catch (Throwable localThrowable)
        {
          throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
        }
    }
    
    public final boolean equals(Object paramObject)throws{
        try{
          return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue();
        }catch (Error|RuntimeException localError){
          throw localError;
        }catch (Throwable localThrowable){
          throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
        }
    }
}

写完后浏览了一下，好像没有发现被代理对象的引用在代理类中出现；然后想了下，代理类继承了Proxy类，其中Proxy类中有我们写的InvoketionHandler对象的是实例，而这个handler实例中就存有我们创建的被代理对象的实例引用，在invoke方法中，传入的实例对象就是我们创建的这个被代理对象；这样就间接的持有了被代理对象的实例引用。

到此动态代理的生成过程，以及是如何调用invoke()方法的原理已经搞清楚，到此本文完结。