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Java代理设计模式(Proxy)的四种具体实现:静态代理和动态代理

面试问题:Java里的代理设计模式(Proxy Design Pattern)一共有几种实现方式?这个题目很像孔乙己问“茴香豆的茴字有哪几种写法?”

所谓代理模式,是指客户端(Client)并不直接调用实际的对象(下图右下角的RealSubject),而是通过调用代理(Proxy),来间接的调用实际的对象。

代理模式的使用场合,一般是由于客户端不想直接访问实际对象,或者访问实际的对象存在技术上的障碍,因而通过代理对象作为桥梁,来完成间接访问。

实现方式一:静态代理

开发一个接口IDeveloper,该接口包含一个方法writeCode,写代码。

public interface IDeveloper {

     public void writeCode();

}

创建一个Developer类,实现该接口。

public class Developer implements IDeveloper{
    private String name;
    public Developer(String name){
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void writeCode() {
        System.out.println("Developer " + name + " writes code");
    }
}

测试代码:创建一个Developer实例,名叫Jerry,去写代码!

public class DeveloperTest {
    public static void main(String[] args) {
        IDeveloper jerry = new Developer("Jerry");
        jerry.writeCode();
    }
}

现在问题来了。Jerry的项目经理对Jerry光写代码,而不维护任何的文档很不满。假设哪天Jerry休假去了,其他的程序员来接替Jerry的工作,对着陌生的代码一脸问号。经全组讨论决定,每个开发人员写代码时,必须同步更新文档。

为了强迫每个程序员在开发时记着写文档,而又不影响大家写代码这个动作本身, 我们不修改原来的Developer类,而是创建了一个新的类,同样实现IDeveloper接口。这个新类DeveloperProxy内部维护了一个成员变量,指向原始的IDeveloper实例:

public class DeveloperProxy implements IDeveloper{
    private IDeveloper developer;
    public DeveloperProxy(IDeveloper developer){
        this.developer = developer;
    }
    @Override
    public void writeCode() {
        System.out.println("Write documentation...");
        this.developer.writeCode();
    }
}

这个代理类实现的writeCode方法里,在调用实际程序员writeCode方法之前,加上一个写文档的调用,这样就确保了程序员写代码时都伴随着文档更新。

测试代码:

静态代理方式的优点

1. 易于理解和实现

2. 代理类和真实类的关系是编译期静态决定的,和下文马上要介绍的动态代理比较起来,执行时没有任何额外开销。

静态代理方式的缺点

每一个真实类都需要一个创建新的代理类。还是以上述文档更新为例,假设老板对测试工程师也提出了新的要求,让测试工程师每次测出bug时,也要及时更新对应的测试文档。那么采用静态代理的方式,测试工程师的实现类ITester也得创建一个对应的ITesterProxy类。

public interface ITester {
    public void doTesting();
}
Original tester implementation class:
public class Tester implements ITester {
    private String name;
    public Tester(String name){
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void doTesting() {
        System.out.println("Tester " + name + " is testing code");
    }
}
public class TesterProxy implements ITester{
    private ITester tester;
    public TesterProxy(ITester tester){
        this.tester = tester;
    }
    @Override
    public void doTesting() {
        System.out.println("Tester is preparing test documentation...");
        tester.doTesting();
    }
}

正是因为有了静态代码方式的这个缺点,才诞生了Java的动态代理实现方式。

Java动态代理实现方式一:InvocationHandler

通过InvocationHandler, 我可以用一个EnginnerProxy代理类来同时代理Developer和Tester的行为。

public class EnginnerProxy implements InvocationHandler {
    Object obj;
    public Object bind(Object obj)
    {
        this.obj = obj;
        return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(), obj
        .getClass().getInterfaces(), this);
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
    throws Throwable
    {
        System.out.println("Enginner writes document");
        Object res = method.invoke(obj, args);
        return res;
    }
}

真实类的writeCode和doTesting方法在动态代理类里通过反射的方式进行执行。

测试输出:

通过InvocationHandler实现动态代理的局限性

假设有个产品经理类(ProductOwner) 没有实现任何接口。

public class ProductOwner {
    private String name;
    public ProductOwner(String name){
        this.name = name;
    }
    public void defineBackLog(){
        System.out.println("PO: " + name + " defines Backlog.");
    }
}

我们仍然采取EnginnerProxy代理类去代理它,编译时不会出错。运行时会发生什么事?

ProductOwner po = new ProductOwner("Ross");

ProductOwner poProxy = (ProductOwner) new EnginnerProxy().bind(po);

poProxy.defineBackLog();

运行时报错。所以局限性就是:如果被代理的类未实现任何接口,那么不能采用通过InvocationHandler动态代理的方式去代理它的行为。

Java动态代理实现方式二:CGLIB

我们现在尝试用CGLIB来代理之前采用InvocationHandler没有成功代理的ProductOwner类(该类未实现任何接口)。

现在我改为使用CGLIB API来创建代理类:

public class EnginnerCGLibProxy {
    Object obj;
    public Object bind(final Object target)
    {
        this.obj = target;
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(obj.getClass());
        enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
            @Override
            public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,
            MethodProxy proxy) throws Throwable
            {
                System.out.println("Enginner 2 writes document");
                Object res = method.invoke(target, args);
                return res;
            }
        }
        );
        return enhancer.create();
    }
}

测试代码:

ProductOwner ross = new ProductOwner("Ross");

ProductOwner rossProxy = (ProductOwner) new EnginnerCGLibProxy().bind(ross);

rossProxy.defineBackLog();

尽管ProductOwner未实现任何代码,但它也成功被代理了:

用CGLIB实现Java动态代理的局限性

如果我们了解了CGLIB创建代理类的原理,那么其局限性也就一目了然。我们现在做个实验,将ProductOwner类加上final修饰符,使其不可被继承:

再次执行测试代码,这次就报错了: Cannot subclass final class XXXX。

所以通过CGLIB成功创建的动态代理,实际是被代理类的一个子类。那么如果被代理类被标记成final,也就无法通过CGLIB去创建动态代理。

Java动态代理实现方式三:通过编译期提供的API动态创建代理类

假设我们确实需要给一个既是final,又未实现任何接口的ProductOwner类创建动态代码。除了InvocationHandler和CGLIB外,我们还有最后一招:

我直接把一个代理类的源代码用字符串拼出来,然后基于这个字符串调用JDK的Compiler(编译期)API,动态的创建一个新的.java文件,然后动态编译这个.java文件,这样也能得到一个新的代理类。

测试成功:

我拼好了代码类的源代码,动态创建了代理类的.java文件,能够在Eclipse里打开这个用代码创建的.java文件,

下图是如何动态创建ProductPwnerSCProxy.java文件:

下图是如何用JavaCompiler API动态编译前一步动态创建出的.java文件,生成.class文件:

下图是如何用类加载器加载编译好的.class文件到内存:

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