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2022/09/18阅读:13主题:默认主题

动态代理原理是什么?

如何实现动态代理?JDK Proxy 和 CGLib 有什么区别?

典型回答

动态代理的常用实现方式是反射。反射机制是指程序在运行期间可以访问、检测和修改其本身状态或行为的一种能力,使用反射我们可以调用任意一个类对象,以及类对象中包含的属性及方法。

但动态代理不止有反射一种实现方式,例如,动态代理可以通过 CGLib 来实现,而 CGLib 是基于 ASM(一个 Java 字节码操作框架)而非反射实现的。简单来说,动态代理是一种行为方式,而反射或 ASM 只是它的一种实现手段而已。

JDK Proxy 和 CGLib 的区别主要体现在以下几个方面:

  • JDK Proxy 是 Java 语言自带的功能,无需通过加载第三方类实现;
  • Java 对 JDK Proxy 提供了稳定的支持,并且会持续的升级和更新 JDK Proxy,例如 Java 8 版本中的 JDK Proxy 性能相比于之前版本提升了很多;
  • JDK Proxy 是通过拦截器加反射的方式实现的;
  • JDK Proxy 只能代理继承接口的类;
  • JDK Proxy 实现和调用起来比较简单;
  • CGLib 是第三方提供的工具,基于 ASM 实现的,性能比较高;
  • CGLib 无需通过接口来实现,它是通过实现子类的方式来完成调用的。

考点分析

本课时考察的是你对反射、动态代理及 CGLib 的了解,很多人经常会把反射和动态代理划为等号,但从严格意义上来说,这种想法是不正确的,真正能搞懂它们之间的关系,也体现了你扎实 Java 的基本功。和这个问题相关的知识点,还有以下几个:

  • 你对 JDK Proxy 和 CGLib 的掌握程度。
  • Lombok 是通过反射实现的吗?
  • 动态代理和静态代理有什么区别?
  • 动态代理的使用场景有哪些?
  • Spring 中的动态代理是通过什么方式实现的?

知识扩展

1.JDK Proxy 和 CGLib 的使用及代码分析

JDK Proxy 动态代理实现

JDK Proxy 动态代理的实现无需引用第三方类,只需要实现 InvocationHandler 接口,重写 invoke() 方法即可,整个实现代码如下所示:

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

/**
* JDK Proxy 相关示例
  */

  public class ProxyExample {
  static interface Car {
  void running();
  }

  static class Bus implements Car {
    @Override
    public void running() {
        System.out.println("The bus is running.");
    }
  }

  static class Taxi implements Car {
    @Override
    public void running() {
        System.out.println("The taxi is running.");
    }
  }

  /**
  * JDK Proxy
    */

    static class JDKProxy implements InvocationHandler {
    private Object target; // 代理对象

    // 获取到代理对象
    public Object getInstance(Object target) {
      this.target = target;
      // 取得代理对象
      return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
      target.getClass().getInterfaces(), this);
    }

    /**
    * 执行代理方法
    * @param proxy  代理对象
    * @param method 代理方法
    * @param args   方法的参数
    * @return
    * @throws InvocationTargetException
    * @throws IllegalAccessException
      */

      @Override
      public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
        throws InvocationTargetException, IllegalAccessException 
{
          System.out.println("动态代理之前的业务处理.");
          Object result = method.invoke(target, args); // 执行调用方法(此方法执行前后,可以进行相关业务处理)
          return result;
        }
      }

  public static void main(String[] args) {
    // 执行 JDK Proxy
    JDKProxy jdkProxy = new JDKProxy();
    Car carInstance = (Car) jdkProxy.getInstance(new Taxi());
    carInstance.running();
  }

以上程序的执行结果是:

动态代理之前的业务处理.
The taxi is running.

可以看出 JDK Proxy 实现动态代理的核心是实现 Invocation 接口,我们查看 Invocation 的源码,会发现里面其实只有一个 invoke() 方法,源码如下:

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

这是因为在动态代理中有一个重要的角色也就是代理器,它用于统一管理被代理的对象,显然 InvocationHandler 就是这个代理器,而 invoke() 方法则是触发代理的执行方法,我们通过实现 Invocation 接口来拥有动态代理的能力。

CGLib 的实现

在使用 CGLib 之前,我们要先在项目中引入 CGLib 框架,在 pom.xml 中添加如下配置:

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/cglib/cglib -->
<dependency>
    <groupId>cglib</groupId>
    <artifactId>cglib</artifactId>
    <version>3.3.0</version>
</dependency>

CGLib 实现代码如下:

package com.lagou.interview;

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

import java.lang.reflect.Method;

public class CGLibExample {

    static class Car {
        public void running() {
            System.out.println("The car is running.");
        }
    }

    /**
     * CGLib 代理类
     */

    static class CGLibProxy implements MethodInterceptor {
        private Object target; // 代理对象

        public Object getInstance(Object target) {
            this.target = target;
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            // 设置父类为实例类
            enhancer.setSuperclass(this.target.getClass());
            // 回调方法
            enhancer.setCallback(this);
            // 创建代理对象
            return enhancer.create();
        }

        @Override
        public Object intercept(Object o, Method method,
                                Object[] objects, MethodProxy methodProxy)
 throws Throwable 
{
            System.out.println("方法调用前业务处理.");
            Object result = methodProxy.invokeSuper(o, objects); // 执行方法调用
            return result;
        }
    }

    // 执行 CGLib 的方法调用
    public static void main(String[] args) {
      // 创建 CGLib 代理类
      CGLibProxy proxy = new CGLibProxy();
      // 初始化代理对象
      Car car = (Car) proxy.getInstance(new Car());
      // 执行方法
      car.running();
    }

以上程序的执行结果是:

方法调用前业务处理.
The car is running.

可以看出 CGLib 和 JDK Proxy 的实现代码比较类似,都是通过实现代理器的接口,再调用某一个方法完成动态代理的,唯一不同的是,CGLib 在初始化被代理类时,是通过 Enhancer 对象把代理对象设置为被代理类的子类来实现动态代理的。因此被代理类不能被关键字 final 修饰,如果被 final 修饰,再使用 Enhancer 设置父类时会报错,动态代理的构建会失败。

2.Lombok 原理分析

在开始讲 Lombok 的原理之前,我们先来简单地介绍一下 Lombok,它属于 Java 的一个热门工具类,使用它可以有效的解决代码工程中那些繁琐又重复的代码,如 Setter、Getter、toString、equals 和 hashCode 等等,向这种方法都可以使用 Lombok 注解来完成。

例如,我们使用比较多的 Setter 和 Getter 方法,在没有使用 Lombok 之前,代码是这样的:

public class Person {
  private Integer id;
  private String name;
  public Integer getId() {
    return id;
  }
  public void setId(Integer id) {
    this.id = id;
  }
  public String getName() {
    return name;
  }
  public void setName(String name) {
    this.name = name;
  }
}

在使用 Lombok 之后,代码是这样的:

@Data
public class Person {
  private Integer id;
  private String name;
}

可以看出 Lombok 让代码简单和优雅了很多。

小贴士:如果在项目中使用了 Lombok 的 Getter 和 Setter 注解,那么想要在编码阶段成功调用对象的 set 或 get 方法,我们需要在 IDE 中安装 Lombok 插件才行,比如 Idea 的插件如下图所示:

Lombok 的原理

Lombok 的实现和反射没有任何关系,前面我们说了反射是程序在运行期的一种自省(introspect)能力,而 Lombok 的实现是在编译期就完成了,为什么这么说呢?

回到我们刚才 Setter/Getter 的方法,当我们打开 Person 的编译类就会发现,使用了 Lombok 的 @Data 注解后的源码竟然是这样的:

可以看出 Lombok 是在编译期就为我们生成了对应的字节码。

其实 Lombok 是基于 Java 1.6 实现的 JSR 269: Pluggable Annotation Processing API 来实现的,也就是通过编译期自定义注解处理器来实现的,它的执行步骤如下:

从流程图中可以看出,在编译期阶段,当 Java 源码被抽象成语法树(AST)之后,Lombok 会根据自己的注解处理器动态修改 AST,增加新的代码(节点),在这一切执行之后就生成了最终的字节码(.class)文件,这就是 Lombok 的执行原理。

3.动态代理知识点扩充

当面试官问动态代理的时候,经常会问到它和静态代理的区别?静态代理其实就是事先写好代理类,可以手工编写也可以使用工具生成,但它的缺点是每个业务类都要对应一个代理类,特别不灵活也不方便,于是就有了动态代理。

动态代理的常见使用场景有 RPC 框架的封装、AOP(面向切面编程)的实现、JDBC 的连接等。

Spring 框架中同时使用了两种动态代理 JDK Proxy 和 CGLib,当 Bean 实现了接口时,Spring 就会使用 JDK Proxy,在没有实现接口时就会使用 CGLib,我们也可以在配置中指定强制使用 CGLib,只需要在 Spring 配置中添加 <aop:aspectj-autoproxy proxy-target-class="true"/> 即可。

总结

本课时我们介绍了 JDK Proxy 和 CGLib 的区别,JDK Proxy 是 Java 语言内置的动态代理,必须要通过实现接口的方式来代理相关的类,而 CGLib 是第三方提供的基于 ASM 的高效动态代理类,它通过实现被代理类的子类来实现动态代理的功能,因此被代理的类不能使用 final 修饰。

除了 JDK Proxy 和 CGLib 之外,我们还讲了 Java 中常用的工具类 Lombok 的实现原理,它其实和反射是没有任何关系的;最后讲了动态代理的使用场景以及 Spring 中动态代理的实现方式,希望本文可以帮助到你。

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