代理模式和Java中的动态代理【开发实践】

一、代理模式基础

1.1 代理模式

代理模式是常见的设计模式之一，代理模式就是代理对象具备真实对象的功能，能代替真实对象完成相应操作，并能在操作执行的前后进行增强处理。

代理模式常应用于面向切面编程(AOP)、日志记录、权限控制、性能监控等多种横切关注点的系统级服务。

代理模式的实现可以分为两类：一类是静态代理，另一类是动态代理。

1.2 静态代理

静态代理在程序运行前就已经存在，指由程序员需要手动编写或使用特定工具生成代理类的源代码（即.class 文件），在程序编译阶段就已确定。

静态代理需要为每个目标类手动编写代理类，可能导致代码重复。适用于代码结构相对固定且代理类数量有限的场景。

1.3 动态代理

动态代理是在程序运行期间动态生成的。代理不是直接写成 .class 文件，而是在JVM运行时通过反射、字节码操作（如Java的 java.lang.reflect.Proxy 类或第三方库如CGLIB）等机制动态构建的。

动态代理提供了更高的灵活性和扩展性，但会牺牲少许性能。

二、静态代理的实现

先理解静态代理的实现，更容易理解JDK动态代理的原理，其使用流程如下：

1. 定义一个接口，里面有需要被代理/增强的方法。
2. 定义一个需要被代理的类，实现上述接口。
3. 定义一个静态代理类，也实现上述接口，并且需要定义接口类型的成员变量，用于指向被代理的对象。在静态代理类中，可以对接口方法进行增强，内部可以调用被代理对象的对应方法，并在前后做增强处理。
4. 使用时，用接口申明变量类型，指向静态代理类的实例对象。

// 接口
interface Subject {
	// 需要被增强的方法
    void request();
}

// 实现类
class RealSubject implements Subject {
    @Override
    public void request() {
        System.out.println("RealSubject: Handling request.");
    }
}

// 静态代理类
class StaticProxy implements Subject {
	// 成员变量用于指向被代理的对象，使用接口类型申明该变量
    private final Subject realSubject;

	// 可以用构造器或者set方法来设置被代理的对象
    public StaticProxy(Subject realSubject) {
        this.realSubject = realSubject;
    }

    @Override
    public void request() {
    	// 可选的前置处理
        preRequest();
        // 调用被代理的对象
        realSubject.request();
        // 可选的后置处理
        postRequest();
    }

    private void preRequest() {
        System.out.println("StaticProxy: Pre-processing request.");
    }

    private void postRequest() {
        System.out.println("StaticProxy: Post-processing request.");
    }
}

// 使用静态代理对象
public class StaticProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
    	// 使用接口申明变量类型，指向静态代理类的实例对象
        Subject subject = new StaticProxy(new RealSubject());
        subject.request();
    }
}
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三、JDK动态代理

3.1 JDK动态代理概述

JDK动态代理是一种利用Java反射机制在运行时动态创建代理对象的技术，它是Java原生支持的，主要依赖于java.lang.reflect.Proxy类和java.lang.reflect.InvocationHandler接口。

JDK 动态代理基于接口，只有实现了接口的类，才能通过 JDK 动态代理来增强接口方法。

3.2 invoke方法介绍

• Object proxy：代理对象的引用。尽管在invoke方法内部可能不需要直接使用它，但它代表了代理实例本身，有时候可用于获取代理类的信息或其他特殊处理。
• Method method：表示被调用的方法的一个Method对象。这个对象包含了方法的所有元数据，如方法名、返回类型、参数类型等。你可以利用这个对象来判断被调用的是哪个具体方法，从而做出不同的处理逻辑。
• Object[] args：一个对象数组，包含了调用方法时传递的实际参数。这些参数与原始方法调用时提供的参数类型和顺序完全一致。你可以利用这些参数来传递给被代理方法，或者进行预处理/后处理
• 返回值：invoke方法的返回值会作为实际调用方法的返回值。

3.3 JDK动态代理的使用

JDK动态代理的使用流程如下：

1. 定义一个接口，里面有需要被代理/增强的方法。
2. 定义一个需要被代理的类，实现上述接口。
3. 定义一个动态代理处理器，需要实现InvocationHandler接口，并且需要定义接口类型的成员变量，用于指向被代理的对象。实现invoke()方法，可以对接口方法进行增强。
4. 使用时，用接口申明变量类型，指向Proxy.newProxyInstance()返回的代理对象。

// 动态代理处理器
class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {

    private final Subject realSubject;

    public DynamicProxyHandler(Subject realSubject) {
        this.realSubject = realSubject;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        preRequest();
        // 调用被代理对象的方法
        // 调用接口方法时，这里就会调用被代理对象的相应方法
        Object result = method.invoke(realSubject, args);
        postRequest();
        return result;
    }

    private void preRequest() {
        System.out.println("DynamicProxyHandler: Pre-processing request.");
    }

    private void postRequest() {
        System.out.println("DynamicProxyHandler: Post-processing request.");
    }
}

// 测试动态代理
public class DynamicProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        Subject realSubject = new RealSubject();
        // 返回的是Object对象，需要转换为目标接口对象
        Subject proxySubject = (Subject) Proxy.newProxyInstance(
                RealSubject.class.getClassLoader(),
                new Class[]{Subject.class},
                new DynamicProxyHandler(realSubject)
        );
        proxySubject.request();
    }
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四、CGLIB动态代理

3.1 CGLIB动态代理概述

CGLIB（Code Generation Library）是一个强大的、高性能的代码生成库，它允许在运行时动态地生成和修改Java字节码。

CGLIB动态代理基于子类继承，能够对任何类（无论是否实现了接口）实现代理，这使得它的应用范围更广。

3.2 CGLIB动态代理的使用

CGLIB动态代理的使用流程如下：

1. 定义目标类（无需实现接口）。
2. 定义方法拦截器，需要实现MethodInterceptor接口。实现intercept()方法来对被代理对象的方法进行增强。
3. 使用时，需要创建方法拦截器对象和Enhancer对象，通过Enhancer对象来返回代理对象。该操作可以封装在方法拦截器中。

// 目标类，无需实现接口
class RealSubject {
    public void request() {
        System.out.println("RealSubject: Handling request.");
    }
}

// CGLIB代理实现
class CglibProxy implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
        preRequest();
        Object result = proxy.invokeSuper(obj, args); // 调用父类方法，即真实对象的方法
        postRequest();
        return result;
    }

    private void preRequest() {
        System.out.println("CglibProxy: Pre-processing request.");
    }

    private void postRequest() {
        System.out.println("CglibProxy: Post-processing request.");
    }

    // 创建代理对象
    public Object getProxy(Class<?> clazz) {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(clazz); // 设置父类
        enhancer.setCallback(this); // 设置回调方法
        return enhancer.create(); // 创建并返回代理对象
    }
}

// 测试CGLIB动态代理
public class CglibProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        CglibProxy cglibProxy = new CglibProxy();
        // 返回的是Object对象，需要转换为被代理类的对象
        RealSubject proxySubject = (RealSubject) cglibProxy.getProxy(RealSubject.class);
        proxySubject.request();
    }
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五、对比

5.1 代理实现与使用对比

实现代理逻辑
都需要调用目标方法，然后在目标方法前后新增增强逻辑。区别是，静态代理在实现接口方法时，调用被代理对象的目标方法并实现增强。动态代理需要实现接口（InvocationHandler / MethodInterceptor），必须实现接口方法（invoke / intercept），在接口方法里调用被代理对象的目标方法并实现增强。
获取代理对象
静态代理时，被代理类的对象即代理对象。
JDK动态代理中，使用Proxy.newProxyInstance()来获取代理对象。
CGLIB动态代理中，使用enhancer.create()来获取代理对象。

5.2 使用条件对比

静态代理和CGLIB动态代理都依赖于接口，CGLIB动态代理不依赖于接口。

5.3 增强逻辑的位置对比

静态代理中，增强逻辑分散在被代理类的各个方法中，需要在方法中实现该方法的增强逻辑。如果这些方法都需要同种增强，将产生大量的重复代码。

在动态代理中，增强逻辑集中在一个方法里。如果所有方法都需要同种增强，增强逻辑只需要写一处，非常方便。如果方法的增强逻辑不同，则需要通过反射获取方法名，然后使用响应的增强逻辑。