Java 动态代理及 RPC 框架介绍

所谓动态代理,指的是语言提供的一种语法,能够将对对象中不同方法的调用重定向到一个统一的处理函数中来。 python重写__getattr__函数能够做到这一点,就连世界上最好的语言也提供称为魔术方法的__call。 这种语法除了能更好的实现动态代理外,还是RPC框架实现原理的一部分。

1. 动态代理是什么

动态代理提供一种抽象,能够将对象中不同方法的调用重定向到一个统一的处理函数,做自定义的逻辑处理。 但是对于调用者,对此毫无察觉,就好像调用的方法是用传统方式实现的一般。

这种语法,在java中被称为动态代理。之所以叫做动态代理,是因为它能避免传统代理模式实现中人工一个一个的将java函数转发过去, 而是能够让代码自动做到这一点,这样代理类的代码是和业务无关的,不会因为业务类的方法增多而逐渐庞大。 使代码更易维护更易修改,实现自动化搬砖。

实际上,被代理的类不一定位于本机类,动态代理语法提供了一种抽象方式,被代理的类也可以位于远程主机上,这也是RPC框架实现原理的一部分。

理解了动态代理的概念后不难发现,动态代理概念上有着这么几个部分:

  1. 给调用者使用的代理类。在java中,我们发现动态代理提供的抽象天然契合面向接口编程,因此它也有可能是接口。
  2. 一个统一的处理函数,收集不同函数转发过来的请求,可自定义处理逻辑集中处理。java中它可能会成为一个较独立的部分,因此也可能是类。

2. java动态代理机制

理解了概念,就不难理解java动态代理的机制了。下面来看看java动态代理机制如何代理一个本地对象。

2.1. 代理接口

首先看第一个部分,给调用者使用的代理类。在java动态代理机制中,这个角色只能是接口。我们定义一个整数运算接口:

interface NumberOperationInterface {
   int add(int a, int b);
}

2.2. 代理处理器

再看第二个角色,统一的处理函数。在java中它的确是类,通过实现InvocationHandler接口定义。

class NumberOperationImpProxyHandler implements InvocationHandler {
   private Object proxied;
   public RealObjectProxyHandler(Object proxied) {
      this.proxied = proxied;
   }
   @Override
   public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
      System.out.printf("调用函数%s\n", method.getName());
      return method.invoke(proxied, args);
   }
}
  1. 被代理类由于我们的例子是代理本地对象,那么处理函数是需要被代理对象的信息。可以看到,我们从构造函数中将被代理对象保存在该类中,即可从处理函数中访问到。
  2. invoke函数中,对代理对象的所有方法的调用都被转发至该函数处理。在这里可以灵活的自定义各种你能想到的逻辑。在上面的代码中,我们使用反射调用被代理对象的同名方法实现。

由于我们的示例是代理本地对象,因此还需要一个被代理对象的类:

class NumberOperationImp implements NumerOperationInterface {
   @Override
   public int add(int a, int b) {
      return a + b;
   }
}

2.4. 创建代理对象

好了,各个组成部分都定义完成。现在把它们组合起来:

public NumerOperationInterface wrap(NumerOperationInterface proxied) {
   return (NumerOperationInterface) Proxy.newProxyInstance(
         NumerOperationInterface.class.getClassLoader(),
         new Class[]{NumerOperationInterface.class},
         new NumberOperationImpProxyHandler(proxied));
}
  1. java提供的写法太啰嗦了,可以考虑使用Guake提供的辅助函数简化下代码。如下:由于java提供的这个写法实在是太啰嗦了,所以把它放入一个辅助函数中。
  2. Proxy.newProxyInstance 方法能够根据提供的接口和代理处理器创建代理对象。
public NumerOperationInterface wrap(NumerOperationInterface proxied) {
   return Reflection.newProxy(NumerOperationInterface.class, new NumberOperationImpProxyHandler(proxied));
}

好了,现在调用下试试:

real = wrap(proxied);
real.add(1, 2);

动态代理听起来是代理模式的动态实现,可是结合上面的最终效果,不觉得这个叫做动态装饰器更合适吗?2.5. 总结

3. 动态代理的应用

说完了动态代理的概念和实现机制,该看看使用动态代理有哪些应用。

3.1. 应用一:代理模式/装饰器模式的动态实现

这个应用场景前面据已经提到过。 代理模式和装饰器模式是编程当中很常用的技巧,用于提升代码的灵活性和可扩展性。 传统代理模式的实现方式比较暴力直接,需要将所有被代理类的所有方法都写一遍,并且一个个的手动转发过去。 在维护被代理类的同时,作为java码工还需要同时维护代理类的相关代码,实在是累心。

通过使用动态代理,动态代理能够自动将代理类的相关方法转发到被代理类,可以看到:

  1. 代理转发的过程自动化了,实现自动化搬砖。
  2. 代理类的代码逻辑和具体业务逻辑解耦,与业务无关。

3.2. 应用二:实现AOP

是的,利用动态代理也能实现AOP。仔细推演一下不能得出这个结论。我们知道:

  1. 动态代理提供了一种方式,能够将分散的方法调用转发到一个统一的处理函数处理。
  2. AOP的实现需要能够提供这样一种机制,即在执行函数前和执行函数后都能执行自己定义的钩子。

那么,首先使用动态代理让代理类忠实的代理被代理类,然后处理函数中插入我们的自定义的钩子。 之后让代理类替换被代理类需要使用的场景,这样,相当于对该类的所有方法定义了一个切面。

不过,使用动态代理实现AOP特别麻烦,啰嗦。这仅仅作为一个探讨的思路,来说明动态代理这一通用概念可以实现很多特定技术。 实际使用中当然使用spring提供的AOP更为方便。

3.3. 应用三:实现RPC

RPC即远程过程调用,在分布式的网站架构中是一个非常重要的技术,目前现在流行的SOA架构,微服务架构,它们的核心原理之一就是RPC调用。

从概念上来说,RPC的概念是非常简洁优美的。RPC方法的调用和普通的方法并无二异,调用者不需要操心具体的实现,这是抽象提供的威力。 实现上,它将函数调用方和函数的提供方分散在两个不同的进程上,中间使用网络通信来进行数据交互。

动态代理就是实现RPC的技术之一。只要理解了动态代理和RPC,我们很容易发现这样一个事实: RPC调用其实是对远程另外一台机器进程上的对象的代理。

仔细思考RPC调用的数据流流向,就能梳理出这样的思路:

  1. 调用方调用本地的RPC代理方法,将参数提供给该方法。
  2. 不同的RPC代理方法被转发到一个统一的处理中心,该处理中心知道调用的是那个函数,参数是什么。
  3. 该处理中心将调用的信息封装打包,通过网络发送给另外一个进程。
  4. 另外一个进程接受到调用进程发送过来的数据包。
  5. 该进程根据数据包中记录的RPC调用信息,将调用分发给对应的被代理对象的对应方法去执行。
  6. 返回的话思路类似。

显而易见,第二步,需要使用动态代理将分散的函数调用转发到一个统一的处理中心;第五步,将统一收集来的调用信息分发给具体的函数执行,显然使用反射做到这一点。 有了这个思路,通过利用动态代理,反射,和网络编程技术,实现一个简易版的RPC框架也就不难了。 考虑到本文是介绍动态代理的,关于RPC的细节实现有时间新开一篇博文分析。

4. 最后

总得来说,通过一定的思考,个人觉得动态代理的核心在于:将分散的对对象不同方法的调用转发到一个同一的处理函数中来。

有了这个关键点,很多其它技术的实现需要借助于动态代理的这一个关键点实现,也因此动态代理也有着这么多的应用。

原文发布于微信公众号 - java工会(javagonghui)

原文发表时间:2018-08-14

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