深入理解JDK动态代理机制

一、现实生活中的代理？

        在现实生活中，我们常见的有服务器代理商、联想PC代理商、百事可乐、火车票、机票等代理商，为什么会有这些个代理商呢？设想以买火车票为场景，如果我要买一张从广州去长沙的火车票，就必须去火车站排队购票，如果排队的人比较多的话，非常的耽误时间。但有了火车票代理商之后，我就可以直接去找个离我最近的代理商买票，因为这样的代理商不止一个二个，遍布全市各地。 所以代理商的出现不但减轻了火车站售票员的工作压力，同时也为市民购票提供了许多方便。只是代理商会收5块的手续费。从这个示例中可以发现和买票有关的一些名词：火车站、售票、代理商？解释这些名词在程序中代理的含义：火车站：称为目标，售票：目标的最终行为，代理商：和火车站具有同样售票行为的代理商，不过代理商在售票前和售票后会做一些操作，比如查询余票、售票后收取手续费等操作。

二、JDK中的代理

1、特征：

      1）、jdk中代理的一个很重要的特征：代理类和目标类都拥有相同的接口，所以它们都拥有相同的行为。代理类的对象本身并不真正提供服务，而是调用目标类对象的相关方法，来提供特定的服务。如：火车票代理商自己并不提供火车票销售的服务，而是调用火车站的售票服务。为顾客提供查询余票信息、火车的运营时间、火车票的销售等服务，这些服务都是来自火车站（目标类）。代理类主要负责为目标类预处理消息（如：身份证信息是否正确）、过滤消息（如：该顾客是否为通缉犯，是否公安监视的人），并把这些消息转发给目标类，以及事后处理消息（收取顾客的手续费）等。

      2）、必须实现一个或多个接口

2、代理种类：

1）、静态代理，示例：以销售火车票为例

a、定义一个火车站售票的接口

package proxy;

public interface Ticket {

	public void ticket();
}

b、售票接口的实现类

package proxy;

public class TicketImpl implements Ticket {

	@Override
	public void ticket() {
		System.out.println("成功售出一张火车票！");
	}
}

c、火车票销售的代理类，与目标类实现了相同的接口

package proxy;

/**
 * 火车票销售代理类
 */
public class TicketImplProxy implements Ticket {
	
	private TicketImpl ticketImpl;	//目标类
	
	public TicketImplProxy(TicketImpl ticketImpl) {
		this.ticketImpl = ticketImpl;
	}

	@Override
	public void ticket() {
		System.out.println("售票前验证顾客的身份信息…………");
		ticketImpl.ticket();
		System.out.println("售票后收取顾客的手续费…………");
	}

}

d、测试类：

package proxy;

public class StaticProxyTest {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		TicketImpl ticketImpl = new TicketImpl();	//要代理的目标
		TicketImplProxy staticProxy = new TicketImplProxy(ticketImpl);
		staticProxy.ticket();
	}
}

运行结果：

静态代理的缺陷：

    一个代理类只能代理一个目标类，如果在一个系统中想代理多个目标类的话，就得写多个代理类，这将是一件很繁琐的工作。所以在JDK1.3之后，引出了动态代理的概念，动态代理可以在程序运行的时候，通过反射机制动态的生成一个类的字节码文件，并实现目标类相同的接口。

2）、动态代理

1）、介绍：

    jdk中的动态代理，主要用到了java.lang.reflect包中的两个类：Proxy类和InvocationHandler接口，Proxy类用于生成代理类，InvocationHandler接口用于调用目标类的方法之前或之后，做一些处理。比如：记录日志、事务处理、效率测试等，均在该接口的invoke方法中实现。传说中AOP思想的原理就是从这里开始扩展的。

2）、动态代理机制深入分析（以ArrayList为代理目标类为例）：

1、使用Proxy类的getProxyClass方法，获得ArrayList代理类的字节码文件

Class clazzProxy = Proxy.getProxyClass(ArrayList.class.getClassLoader(), ArrayList.class.getInterfaces());

2、打印代理类的结构信息

获得这个Class对象的字节码文件之后，我们打印出来看看这个类的名字叫什么？

System.out.println("代理类名称：" + clazzProxy.getName());

代理类名称：$Proxy0

通过JDK反射机制，获代理类的结构，比如：它的父类是谁？实现了哪些接口？有哪些个构造方法？有哪些个成员方法？等。。。

下面将通反射机制，获取这个代理类的组织结构信息：

System.out.println("代理类" + clazzProxy.getName() + "的父类：" + clazzProxy.getSuperclass().getName());

代理类$Proxy0的父类：java.lang.reflect.Proxy

Class[] clazzInterfaces = clazzProxy.getInterfaces();
StringBuilder sbInterfaces = new StringBuilder();
for (Class clazzInterface : clazzInterfaces) {
	sbInterfaces.append(clazzInterface.getName()).append(",");
}
sbInterfaces.deleteCharAt(sbInterfaces.length()-1);
System.out.println("代理类" + clazzProxy.getName() + "所实现的接口：" + sbInterfaces);

代理类$Proxy0所实现的接口：java.util.List,java.util.RandomAccess,java.lang.Cloneable,java.io.Serializable

System.out.println("代理类" + clazzProxy.getName() + "的访问修饰符：" + clazzProxy.getModifiers());

代理类$Proxy0的访问修饰符：17

由访问修饰符的值可得知代理类的修饰符为：代理类的访问修饰符为：public final，由clazzProxy.getModifiers();得知为17，其中public代表1，final代表16，相加得17。参考java.lang.reflect.Modifier

System.out.println("\n-------------打印代理类" + clazzProxy.getName() + "的构造方法列表-------------");
Constructor[] constructors = clazzProxy.getConstructors();
for (Constructor constructor : constructors) {
System.out.println("访问修饰符：" + constructor.getModifiers());
String name = constructor.getName();
	int modifiers = constructor.getModifiers();
	StringBuilder sb = new StringBuilder(name);
	sb.append('(');
	Class[] clazzParameters = constructor.getParameterTypes();
	for (Class clazzParameter : clazzParameters) {
		sb.append(clazzParameter.getName()).append(",");
	}
	if (clazzParameters != null && clazzParameters.length != 0) {
		sb.deleteCharAt(sb.length()-1);
	}
	sb.append(')');
	System.out.println(sb.toString());
}

-------------打印代理类$Proxy0的构造方法列表-------------

访问修饰符： 1
$Proxy0(java.lang.reflect.InvocationHandler)

System.out.println("\n-------------打印代理类" + clazzProxy.getName() + "的方法列表-------------");
Method[] methods = clazzProxy.getMethods();
for (Method method : methods) {
	String name = method.getName();
	StringBuilder sb = new StringBuilder(name);
	sb.append('(');
	Class[] clazzParameters = method.getParameterTypes();
	for (Class clazzParameter : clazzParameters) {
		sb.append(clazzParameter.getName()).append(",");
	}
	if (clazzParameters != null && clazzParameters.length != 0) {
		sb.deleteCharAt(sb.length()-1);
	}
	sb.append(')');
	System.out.println(sb.toString());
}

打印结果：

-------------打印代理类$Proxy0的方法列表-------------
add(java.lang.Object)
add(int,java.lang.Object)
get(int)
equals(java.lang.Object)
toString()
hashCode()
indexOf(java.lang.Object)
clear()
contains(java.lang.Object)
isEmpty()
lastIndexOf(java.lang.Object)
addAll(java.util.Collection)
addAll(int,java.util.Collection)
iterator()
size()
toArray()
toArray([Ljava.lang.Object;)
remove(java.lang.Object)
remove(int)
set(int,java.lang.Object)
containsAll(java.util.Collection)
removeAll(java.util.Collection)
retainAll(java.util.Collection)
subList(int,int)
listIterator()
listIterator(int)
isProxyClass(java.lang.Class)
getProxyClass(java.lang.ClassLoader,[Ljava.lang.Class;)
getInvocationHandler(java.lang.Object)
newProxyInstance(java.lang.ClassLoader,[Ljava.lang.Class;,java.lang.reflect.InvocationHandler)
wait(long)
wait()
wait(long,int)
getClass()
notify()
notifyAll()

这些方法分别来自List接口、Proxy和Object类，因为代理类会自动实现目标类相同的接口。

//由上述信息可推断出代理类的文件结构（程序中只实现打印代理类的声明部份）
StringBuilder sbProxyClassStruct = new StringBuilder("public final class ");
sbProxyClassStruct.append(clazzProxy.getName())
		  .append(" extends ").append(clazzProxy.getSuperclass().getName())
		  .append(" implements ").append(sbInterfaces).append(" { } ");
System.out.println("代理类的结构：" + sbProxyClassStruct);

程序中只打印了代理类的声明部份，结果：

代理类声明部份的结构：public final class $Proxy0 extends java.lang.reflect.Proxy implements java.util.List,java.util.RandomAccess,java.lang.Cloneable,java.io.Serializable { } 

由上述信息可推断出代理类的文件结构：

package proxy;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;

public final class $Proxy0 extends java.lang.reflect.Proxy implements java.util.List,
		java.util.RandomAccess, java.lang.Cloneable, java.io.Serializable {

	public $Proxy0(InvocationHandler h) {
		super(h);
		// TODO Auto-generated constructor stub
	}

	@Override
	public boolean add(Object e) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return false;
	}

	@Override
	public void add(int index, Object element) {
		// TODO Auto-generated method stub
		
	}

	@Override
	public boolean addAll(Collection c) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return false;
	}

	@Override
	public boolean addAll(int index, Collection c) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return false;
	}

	@Override
	public void clear() {
		// TODO Auto-generated method stub
		
	}

	@Override
	public boolean contains(Object o) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return false;
	}

	@Override
	public boolean containsAll(Collection c) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return false;
	}

	@Override
	public Object get(int index) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return null;
	}

	@Override
	public int indexOf(Object o) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return 0;
	}

	@Override
	public boolean isEmpty() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return false;
	}

	@Override
	public Iterator iterator() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return null;
	}

	@Override
	public int lastIndexOf(Object o) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return 0;
	}

	@Override
	public ListIterator listIterator() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return null;
	}

	@Override
	public ListIterator listIterator(int index) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return null;
	}

	@Override
	public boolean remove(Object o) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return false;
	}

	@Override
	public Object remove(int index) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return null;
	}

	@Override
	public boolean removeAll(Collection c) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return false;
	}

	@Override
	public boolean retainAll(Collection c) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return false;
	}

	@Override
	public Object set(int index, Object element) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return null;
	}

	@Override
	public int size() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return 0;
	}

	@Override
	public List subList(int fromIndex, int toIndex) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return null;
	}

	@Override
	public Object[] toArray() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return null;
	}

	@Override
	public Object[] toArray(Object[] a) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return null;
	}
}

由上述信息得知该代理类只有一个带InvocationHandler参数的构造方法，现在我们来生成这个代理类的实例对象：

//方式1，创建一个内部类，并实现InvocationHandler接口
Constructor proxy1 = clazzProxy.getConstructor(InvocationHandler.class);
System.out.println("------------创建代理类实例，方式1--------------------");
class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
	ArrayList target = new ArrayList();
	@Override
	public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
		String name = method.getName();
		System.out.println(name + "方法调用前...");
		Object retVal = method.invoke(target, args);
		System.out.println(name + "方法调用后的返回结果为：" + retVal);
		System.out.println(name + "方法调用后...\n");
		return retVal;
	}
			
}
List list1 = (List)proxy1.newInstance(new MyInvocationHandler());
list1.add("zhangsan");
list1.add("lisi");
System.out.println(list1.size());

调用List接口的add方法和size方法后的输出结果：

---------------------创建代理类$Proxy0的实例对象----------------------
------------创建代理类实例，方式1--------------------
add方法调用前...
add方法调用后的返回结果为：true
add方法调用后...

add方法调用前...
add方法调用后的返回结果为：true
add方法调用后...

size方法调用前...
size方法调用后的返回结果为：2
size方法调用后...
2

//方式2
Constructor prox2 = clazzProxy.getConstructor(InvocationHandler.class);
List list2 = (List)prox2.newInstance(new InvocationHandler() {
	List target = new ArrayList();
	@Override
	public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
		Object retVal = method.invoke(target, args);
		return retVal;
	}}
);

//方式3(匿名类)，将创建代理类和创建代理类实例对象的步聚合二为一
System.out.println("------------创建代理类实例，方式3--------------------");
List list3 = (List)Proxy.newProxyInstance(
	ArrayList.class.getClassLoader(), 
	ArrayList.class.getInterfaces(),
		new InvocationHandler() {
			ArrayList target = new ArrayList();
			@Override
			public Object invoke(Object proxy, Method method,
					Object[] args) throws Throwable {
				//测试方法的运行效率
				long beginTime = System.currentTimeMillis();
				Object retVal = method.invoke(target, args);
				long endTime = System.currentTimeMillis();
				System.out.println(method.getName() + " 方法运行时长为：" + (endTime - beginTime));
				return retVal;
			}}
		);
		list3.add("hy");
		list3.add("yangxin");
		System.out.println(list3.size());

输出结果：

------------创建代理类实例，方式3--------------------
add 方法运行时长为：0
add 方法运行时长为：0
size 方法运行时长为：0
2

*通过以上代码的分析，可将生成代理类的代码，抽取成一个生成代理的通用方法，并将功能代码用一个对象封装起来（如：测试方法的运行时间，方法运行前或运行后需要做的事情）

/**
 * 获得代理对象
 * @param target 目标（被代理的对象）
 * @param advice 目标对象中的方法被调用前要执行的功能
 * @return 目标的代理对象
*/
private static Object getProxy(final Object target,final Advice advice) {
	return Proxy.newProxyInstance(
			target.getClass().getClassLoader(), 
			target.getClass().getInterfaces(),
			new InvocationHandler() {
				@Override
				public Object invoke(Object proxy, Method method,
						Object[] args) throws Throwable {
					Object retVal = null;
					try {
						advice.doBefore(target, method, args);//方法执行前
						retVal = method.invoke(target, args);
						advice.doAfter(target, method, args, retVal);//方法执行后
					} catch (Exception e) {
						advice.doThrow(target, method, args, e);//方法抛出异常
					} finally {
						advice.doFinally(target, method, args);//方法最终执行代码(用于释放数据资源、关闭IO流等操作)
					}
					return retVal;
					}}
				);
	}

封装功能的对象：

package proxy;

import java.lang.reflect.Method;

/**
 * aop接口，提供方法运行前、方法运行后、方法运行中产生Exception、方法最终运行代码
 *
 */
public interface Advice {
	
	/**
	 * 方法运行前
	 * @param target 被代理的目标对象
	 * @param method 被调用的方法
	 * @param args 方法的参数
	 */
	public void doBefore(Object target, Method method, Object[] args);
	
	/**
	 * 方法运行后
	 * @param target 被代理的目标对象
	 * @param method 被调用的方法对象
	 * @param args 方法的参数
	 * @param retVal 方法的返回值
	 */
	public void doAfter(Object target, Method method, Object[] args, Object retVal);
	
	/**
	 * 方法运行时产生的异常
	 * @param target 被代理的目标对象
	 * @param method 被调用的方法
	 * @param args 方法参数
	 * @param e 运行时的异常对象
	 */
	public void doThrow(Object target, Method method, Object[] args, Exception e);
	
	/**
	 * 最终要执行的功能(如释放数据库连接的资源、关闭IO流等)
	 * @param target 被代理的目标对象
	 * @param method 被调用的方法
	 * @param args 方法参数
	 */
	public void doFinally(Object target, Method method, Object[] args);
}

再建一个日志功能的实现类LogAdvice，用于测试：

package proxy;

import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Arrays;

/**
 * 日志功能切入类
 * @author 杨信
 *
 */
public class LogAdvice implements Advice {

	long beginTime = System.currentTimeMillis();
	
	@Override
	public void doBefore(Object target, Method method, Object[] args) {
		System.out.println(target.getClass().getSimpleName() +
				"." + method.getName() + "方法被调用，参数值：" + Arrays.toString(args));

	}
	
	@Override
	public void doAfter(Object target, Method method, Object[] args, Object retVal) {
		long endTime = System.currentTimeMillis();
		System.out.println(target.getClass().getSimpleName() +
				"." + method.getName() + "方法运行结束，返回值：" + retVal + "，耗时" + (endTime - beginTime) + "毫秒。");

	}

	@Override
	public void doThrow(Object target, Method method, Object[] args,
			Exception e) {
		System.out.println("调用" + target.getClass().getSimpleName() +
				"." + method.getName() + "方法发生异常，异常消息：");
		e.printStackTrace();
	}

	@Override
	public void doFinally(Object target, Method method, Object[] args) {
		System.out.println("doFinally...");
		
	}

}

测试生成代理的通用方法：

ArrayList target = new ArrayList();
List list4 = (List)getProxy(target,new LogAdvice());
list4.add("张三");
list4.add("李四");
list4.add("王五");
System.out.println(list4.size());
list4.get(3);	//演示异常advice

输出结果：

ArrayList.add方法被调用，参数值：[张三]
ArrayList.add方法运行结束，返回值：true，耗时0毫秒。
doFinally...
ArrayList.add方法被调用，参数值：[李四]
ArrayList.add方法运行结束，返回值：true，耗时0毫秒。
doFinally...
ArrayList.add方法被调用，参数值：[王五]
ArrayList.add方法运行结束，返回值：true，耗时0毫秒。
doFinally...
ArrayList.size方法被调用，参数值：null
ArrayList.size方法运行结束，返回值：3，耗时0毫秒。
doFinally...
3
ArrayList.get方法被调用，参数值：[3]
调用ArrayList.get方法发生异常，异常消息：
java.lang.reflect.InvocationTargetException
	at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
	at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:39)
	at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:25)
	at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:597)
	at proxy.DynamicProxyTest$3.invoke(DynamicProxyTest.java:163)
	at $Proxy0.get(Unknown Source)
	at proxy.DynamicProxyTest.main(DynamicProxyTest.java:143)
Caused by: java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 3, Size: 3
	at java.util.ArrayList.RangeCheck(ArrayList.java:547)
	at java.util.ArrayList.get(ArrayList.java:322)
	... 7 more
doFinally...

完毕，通过动态代理机制，实现了传说中的AOP思想。