Java核心(六)反射和动态代理(JDK Proxy和Cglib)

反射和动态代理放有一定的相关性,但单纯的说动态代理是由反射机制实现的,其实是不够全面不准确的,动态代理是一种功能行为,而它的实现方法有很多。要怎么理解以上这句话,请看下文。

一、反射

反射机制是 Java 语言提供的一种基础功能,赋予程序在运行时 自省
(introspect,官方用语)的能力。通过反射我们可以直接操作类或者对象,比如获取某个对象的类定义,获取类声明的属性和方法,调用方法或者构造对象,甚至可以运行时修改类定义。

1、获取类(Class)对象

获取类对象有三种方法:

  • 通过forName() -> 示例:Class.forName(“PeopleImpl”)
  • 通过getClass() -> 示例:new PeopleImpl().getClass()
  • .class直接获取 -> 示例:PeopleImpl.class

2、类的常用方法

  • getName():获取类完整方法;
  • getSuperclass():获取类的父类;
  • newInstance():创建实例对象;
  • getFields():获取当前类和父类的public修饰的所有属性;
  • getDeclaredFields():获取当前类(不包含父类)的声明的所有属性;
  • getMethod():获取当前类和父类的public修饰的所有方法;
  • getDeclaredMethods():获取当前类(不包含父类)的声明的所有方法;

更多方法: http://icdn.apigo.cn/blog/class-all-method.png

3、类方法调用

反射要调用类中的方法,需要通过关键方法“invoke()”实现的,方法调用也分为三种:

  • 静态(static)方法调用
  • 普通方法调用
  • 私有方法调用

以下会分别演示,各种调用的实现代码,各种调用的公共代码部分,如下:

// 此段代码为公共代码
interface People {
    int parentAge = 18;
    public void sayHi(String name);
}
class PeopleImpl implements People {
    private String privSex = "男";
    public String race = "汉族";
    @Override
    public void sayHi(String name) {
        System.out.println("hello," + name);
    }
    private void prvSayHi() {
        System.out.println("prvSayHi~");
    }
    public static void getSex() {
        System.out.println("18岁");
    }
}

3.1 静态方法调用

// 核心代码(省略了抛出异常的声明)
public static void main(String[] args) {
    Class myClass = Class.forName("example.PeopleImpl");
    // 调用静态(static)方法
    Method getSex = myClass.getMethod("getSex");
    getSex.invoke(myClass);
}

静态方法的调用比较简单,使用 getMethod(xx) 获取到对应的方法,直接使用 invoke(xx)就可以了。

3.2 普通方法调用

普通非静态方法调用,需要先获取类示例,通过“newInstance()”方法获取,核心代码如下:

Class myClass = Class.forName("example.PeopleImpl");
Object object = myClass.newInstance();
Method method = myClass.getMethod("sayHi",String.class);
method.invoke(object,"老王");

getMethod 获取方法,可以声明需要传递的参数的类型。

3.3 调用私有方法

调用私有方法,必须使用“getDeclaredMethod(xx)”获取本类所有什么的方法,代码如下:

Class myClass = Class.forName("example.PeopleImpl");
Object object = myClass.newInstance();
Method privSayHi = myClass.getDeclaredMethod("privSayHi");
privSayHi.setAccessible(true); // 修改访问限制
privSayHi.invoke(object);

除了“getDeclaredMethod(xx)”可以看出,调用私有方法的关键是设置 setAccessible(true) 属性,修改访问限制,这样设置之后就可以进行调用了。

4、总结

1.在反射中核心的方法是 newInstance() 获取类实例,getMethod(..) 获取方法,使用 invoke(..) 进行方法调用,通过 setAccessible 修改私有变量/方法的访问限制。

2.获取属性/方法的时候有无“Declared”的区别是,带有 Declared 修饰的方法或属性,可以获取本类的所有方法或属性(private 到 public),但不能获取到父类的任何信息;非 Declared 修饰的方法或属性,只能获取 public 修饰的方法或属性,并可以获取到父类的信息,比如 getMethod(..)和getDeclaredMethod(..)。

二、动态代理

动态代理是一种方便运行时动态构建代理、动态处理代理方法调用的机制,很多场景都是利用类似机制做到的,比如用来包装 RPC 调用、面向切面的编程(AOP)。

实现动态代理的方式很多,比如 JDK 自身提供的动态代理,就是主要利用了上面提到的反射机制。还有其他的实现方式,比如利用传说中更高性能的字节码操作机制,类似 ASM、cglib(基于 ASM)等。

动态代理解决的问题?

首先,它是一个 代理机制
。如果熟悉设计模式中的代理模式,我们会知道,代理可以看作是对调用目标的一个包装,这样我们对目标代码的调用不是直接发生的,而是通过代理完成。通过代理可以让调用者与实现者之间 解耦
。比如进行 RPC 调用,通过代理,可以提供更加友善的界面。还可以通过代理,可以做一个全局的拦截器。

1、JDK Proxy 动态代理

JDK Proxy 是通过实现 InvocationHandler 接口来实现的,代码如下:

interface Animal {
    void eat();
}
class Dog implements Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("The dog is eating");
    }
}
class Cat implements Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("The cat is eating");
    }
}

// JDK 代理类
class AnimalProxy implements InvocationHandler {
    private Object target; // 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);
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("调用前");
        Object result = method.invoke(target, args); // 方法调用
        System.out.println("调用后");
        return result;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    // JDK 动态代理调用
    AnimalProxy proxy = new AnimalProxy();
    Animal dogProxy = (Animal) proxy.getInstance(new Dog());
    dogProxy.eat();
}

如上代码,我们实现了通过动态代理,在所有请求之前和之后打印了一个简单的信息。

注意:JDK Proxy 只能代理实现接口的类(即使是extends继承类也是不可以代理的)。

JDK Proxy 为什么只能代理实现接口的类?

这个问题要从动态代理的实现方法 newProxyInstance 源码说起:

@CallerSensitive
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
                                      Class<?>[] interfaces,
                                      InvocationHandler h)
    throws IllegalArgumentException
{
// 省略其他代码

来看前两个源码参数说明:

* @param   loader the class loader to define the proxy class
* @param   interfaces the list of interfaces for the proxy class to implement

  • loader:为类加载器,也就是 target.getClass().getClassLoader()
  • interfaces:接口代理类的接口实现列表

所以这个问题的源头,在于 JDK Proxy 的源码设计。如果要执意动态代理,非接口实现类就会报错:

Exception in thread “main” java.lang.ClassCastException: com.sun.proxy.$Proxy0 cannot be cast to xxx

2、Cglib 动态代理

JDK 动态代理机制只能代理实现了接口的类,Cglib 是针对类来实现代理的,他的原理是对指定的目标类生成一个子类,并覆盖其中方法实现增强,但因为采用的是继承,所以不能对 final 修饰的类进行代理。

Cglib 可以通过 Maven 直接进行版本引用,Maven 版本地址: https://mvnrepository.com/artifact/cglib/cglib

本文使用的是最新版本 3.2.9 的 Cglib,在 pom.xml 添加如下引用:

<dependency>
    <groupId>cglib</groupId>
    <artifactId>cglib</artifactId>
    <version>3.2.9</version>
</dependency>

Cglib 代码实现,如下:

class Panda {
    public void eat() {
        System.out.println("The panda is eating");
    }
}
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("调用前");
        Object result = methodProxy.invokeSuper(o, objects); // 执行方法调用
        System.out.println("调用后");
        return result;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    // CGLIB 动态代理调用
    CglibProxy proxy = new CglibProxy();
    Panda panda = (Panda)proxy.getInstance(new Panda());
    panda.eat();
}

cglib 的调用通过实现 MethodInterceptor 接口的 intercept 方法,调用 invokeSuper 进行动态代理的,可以直接对普通类进行动态代理。

三、JDK Proxy VS Cglib

JDK Proxy 的优势:

  • 最小化依赖关系,减少依赖意味着简化开发和维护,JDK 本身的支持,更加可靠;
  • 平滑进行 JDK 版本升级,而字节码类库通常需要进行更新以保证在新版上能够使用;

Cglib 框架的优势:

  • 可调用普通类,不需要实现接口;
  • 高性能;

总结:需要注意的是,我们在选型中,性能未必是唯一考量,可靠性、可维护性、编程工作量等往往是更主要的考虑因素,毕竟标准类库和反射编程的门槛要低得多,代码量也是更加可控的,如果我们比较下不同开源项目在动态代理开发上的投入,也能看到这一点。

本文所有示例代码: https://github.com/vipstone/java-core-example.git

原文 

http://www.apigo.cn/2018/11/27/javacore6/

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