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动态代理解释-JDK,CGLIB,JAVASSIST,ASM

javahongxi
 javahongxi
发布于 2017/08/26 00:24
字数 3090
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动态代理是指在运行时,动态生成代理类。代理类的字节码将在运行时生成并载入当前的ClassLoader.

         生成动态代理类的方法很多,如JDK自带的动态代理、CGLIBJavassist或者ASM库。

          JDK动态代理使用简单,它内置在JDK中,因此不需要引入第三方Jar包,但相对功能比较弱。CGLIBJavassist都是高级的字节码生成库,总体性能比JDK自带的动态代理好,而且功能十分强大。ASM是低级的字节码生成工具,使用ASM已经近乎在于使用Javabytecode编程,对开发人员要求较高,也是性能最好的一种动态代理生辰工具。但ASM的使用是在过于繁琐,而且性能也没有数量级的提升,与CGLIB等高级字节码生成工具相比,ASM程序的可维护性也较差。

 

JDK实现

1、步骤

 

1)通过实现InvocationHandler接口创建自己的调用处理器

2)通过为Proxy类指定ClassLoader对象和一组interface来创建动态代理类

3)通过反射机制获得动态代理类的构造函数,其唯一参数类型是调用处理器接口类型

4)通过构造函数创建动态代理类实例,构造时调用处理器对象作为参数被传入

 

2、创建代理

 

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  print ?
  1.  //InvocationHandlerImpl 实现了InvocationHandler接口,并能实现方法调用从代理类到委托类的分派转发  
  2. //其内部通常包含指向委托类实例的引用,用于真正执行分派转发过来的方法调用  
  3. InvocationHandler handler = new InvocaitonHandlerImpl(..);  
  4.   
  5. //通过Proxy为包括Interface接口在内的一组接口动态创建代理类的对象  
  6. Class clazz = Proxy.getProxyClass(classLoader,new Class[]{Interface.class,...});  
  7.   
  8. //通过反射从生成的类对象获得构造函数对象  
  9.        Constructor constructor = clazz.getConstructor(new Class[]{InvocationHandler.class});  
  10.   
  11. //通过构造函数对象创建动态代理类实例  
  12. Interface Proxy = (Interface)constructor.newInstance(new Object[]{handler});  
  13.   
  14. //Proxy类的静态方法newProxyInstance对上面具体步骤的后三步做了封装,简化了动态代理对象的获取过程。  
  15. //InvocationHandlerImpl实现了InvocaitonHandler接口,并能实现方法调用从代理类到委托类的分派转发  
  16. InvocaitonHandler handler = new InvocationHandlerImpl(..);  
  17. //通过Proxy直接创建动态代理类实例  
  18.   
  19. nterface proxy = (Interface)Proxy.newProxyInstance(classLoader,new Class[]{Interface.class},handler);  

 

 

3、代码

 

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  print ?
  1. /** 
  2.  * 接口 
  3.  * @author Emily 
  4.  * 
  5.  */  
  6. public interface IDBQuery {  
  7.   
  8.     String request();  
  9. }  
  10.   
  11. /** 
  12.  * 真实的实现类,具体的目标对象 
  13.  * @author Emily 
  14.  * 
  15.  */  
  16. public class DBQuery implements IDBQuery {  
  17.   
  18.       
  19.     public DBQuery(){  
  20.         try {  
  21.             Thread.sleep(1000); //可能包含数据库连接等耗时操作  
  22.         } catch (InterruptedException e) {  
  23.             e.printStackTrace();  
  24.         }  
  25.     }  
  26.       
  27.     @Override   
  28.     public String request() {  
  29.           
  30.         return "request string";  
  31.     }  
  32.   
  33. }  
  34.   
  35. /** 
  36.  * JDK动态代理的实现类 
  37.  * @author Emily 
  38.  * 
  39.  */  
  40. public class JdkDbQueryHandler implements InvocationHandler{  
  41.   
  42.     IDBQuery real = null//主题接口  
  43.   
  44.     /** 
  45.      * 生成Handler 
  46.      */  
  47.     @Override   
  48.     public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)  
  49.             throws Throwable {  
  50.         if(real == null)  
  51.             real = new DBQuery(); //如果是第一次调用,则生成真实对象  
  52.         return real.request();  //使用真实主题完成实际的操作  
  53.     }  
  54.       
  55.     /** 
  56.      * 利用Handler生成动态代理对象 
  57.      * @return 
  58.      */  
  59.     public static IDBQuery createJdkProxy(){  
  60.           
  61.         //根据指定的类加载器和接口以及截获器,返回代理类的一个实例对象  
  62.         //ClassLoader loader :指定被代理对象的类加载器  
  63.         //Class[] Interfaces :指定被代理对象所以事项的接口  
  64.         //InvocationHandler h :指定需要调用的InvocationHandler对象  
  65.         IDBQuery jdkProxy = (IDBQuery) Proxy.newProxyInstance(ClassLoader.getSystemClassLoader(), new Class[]{IDBQuery.class}, new JdkDbQueryHandler());  
  66.         return jdkProxy;  
  67.     }  
  68.       
  69.       
  70. }  

执行过程:


       如图,目标对象的方法调用被Proxy拦截,在InvocationHandler中的回调方法中通过反射调用,这种动态代理的方法实现了对类的方法的运行时修改。

        JDK动态代理有个缺点,那就是不能对类进行代理,只能对接口进行代理,如果我们的类没有实现任何接口,那么就不能使用这种方式进行动态代理(因为$Proxy()这个类集成了Proxy,Java的集成不允许出现多个父类)。准确的说这不应该是缺点,一个良好的系统,每个类都应该有一个接口与之对应。针对接口编程。

 

CGLIB实现

 

[java]  view plain  copy
 
  print ?
  1. package com.ltt.dynamic;  
  2.   
  3. import java.lang.reflect.Method;  
  4.   
  5. import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;  
  6. import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;  
  7. import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;  
  8.   
  9. /** 
  10.  * CGLIB动态代理 
  11.  * @author Emily 
  12.  * 
  13.  */  
  14. public class CglibDbQueryInterceptor implements MethodInterceptor{  
  15.     IDBQuery real = null;  
  16.   
  17.     /** 
  18.      * 处理代理逻辑的切入类 
  19.      */  
  20.     @Override  
  21.     public Object intercept(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2,  
  22.             MethodProxy arg3) throws Throwable {  
  23.         if (real == null) {    //代理类 的内部逻辑  
  24.             real = new DBQuery();  
  25.             return real.request();  
  26.         }  
  27.         return null;  
  28.     }  
  29.       
  30.     /** 
  31.      * 生成动态代理 
  32.      * @return 
  33.      */  
  34.     public static IDBQuery createCglibProxy(){  
  35.         Enhancer enhancer = new Enhancer();  
  36.         //指定切入器,定义代理类逻辑  
  37.         enhancer.setCallback(new CglibDbQueryInterceptor());  
  38.         //指定实现的接口  
  39.         enhancer.setInterfaces(new Class[]{IDBQuery.class});  
  40.           
  41.         IDBQuery cglibProxy = (IDBQuery) enhancer.create();  
  42.         return cglibProxy;  
  43.     }  
  44.       
  45.   
  46. }  



 

Javassist实现

       一种是使用代理工厂创建,另一种通过使用动态代码创建。使用代理工厂创建时,方法与CGLIB类似,也需要实现一个用于代理逻辑处理的Handler:例如createJavassistDynProxy();使用动态代码创建,生成字节码,这种方式可以非常灵活,甚至可以在运行时生成业务逻辑,如createJavassistBytecodeDynamicProxy()方法。

 

[java]  view plain  copy
 
  print ?
  1. /** 
  2.  * Javassist动态代理 
  3.  * @author Emily 
  4.  * 
  5.  */  
  6. public class JavassistDynDbQueryHandler implements MethodHandler{  
  7.   
  8.     IDBQuery real = null;  
  9.   
  10.     /* 
  11.      * (non-Javadoc) 实现用于代理逻辑处理的Handler 
  12.      * @see javassist.util.proxy.MethodHandler#invoke(java.lang.Object, java.lang.reflect.Method, java.lang.reflect.Method, java.lang.Object[]) 
  13.      */  
  14.     @Override  
  15.     public Object invoke(Object arg0, Method arg1, Method arg2, Object[] arg3)  
  16.             throws Throwable {  
  17.         if (real == null)   
  18.             real = new DBQuery();  
  19.             return real.request();  
  20.           
  21.     }  
  22.       
  23.     /** 
  24.      * 创建动态代理 
  25.      * @return 
  26.      * @throws Exception 
  27.      */  
  28.     public static IDBQuery createJavassistDynProxy() throws Exception{  
  29.         ProxyFactory proxyFactory = new ProxyFactory();  
  30.         proxyFactory.setInterfaces(new Class[]{IDBQuery.class});  //指定接口  
  31.         Class proxyClass = proxyFactory.createClass();  
  32.         IDBQuery javassistProxy = (IDBQuery) proxyClass.newInstance(); //设置Handler处理器  
  33.         ((ProxyObject) javassistProxy).setHandler(new JavassistDynDbQueryHandler());  
  34.         return javassistProxy;  
  35.     }  
  36.       
  37.     /** 
  38.      * 运行时生成业务逻辑 
  39.      * @return 
  40.      * @throws Exception 
  41.      */  
  42.     public static IDBQuery createJavassistBytecodeDynamicProxy() throws Exception{  
  43.         ClassPool mPool = new ClassPool(true);  
  44.         //定义类名  
  45.         CtClass mCtc = mPool.makeClass(IDBQuery.class.getName() + "JavaassistBytecodeProxy");  
  46.         //需要实现接口  
  47.         mCtc.addInterface(mPool.get(IDBQuery.class.getName()));  
  48.         //添加构造函数  
  49.         mCtc.addConstructor(CtNewConstructor.defaultConstructor(mCtc));  
  50.           
  51.         //添加类的字段信息,使用动态Java代码  
  52.         mCtc.addField(CtField.make("public" + IDBQuery.class.getName() + "real;", mCtc));  
  53.         String dbQueryname = DBQuery.class.getName();  
  54.         //添加方法,这里使用动态Java代码指定内部逻辑  
  55.         mCtc.addMethod(CtNewMethod.make("public String request() { if(real==null) real = new " +dbQueryname+"(); return real.request();}", mCtc));  
  56.           
  57.         //基于以上信息,生成动态类  
  58.         Class pc = mCtc.toClass();  
  59.         //生成动态类的实例  
  60.         IDBQuery bytecodeProxy = (IDBQuery) pc.newInstance();  
  61.         return bytecodeProxy;  
  62.     }  
  63.       
  64. }  


      三种动态代理:JDK动态代理创建速度优于CGLIB动态代理,但是在函数的调用性能上远不如CGLIBJavassist。故CGLIB和Javassist整体性能上比JDK动态代理好。

 

性能比较:

 

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  print ?
  1. Create JDK Proxy: 13 ms    
  2. Create CGLIB Proxy: 217 ms    
  3. Create JAVAASSIST Proxy: 99 ms    
  4. Create JAVAASSIST Bytecode Proxy: 168 ms    
  5. ================    
  6. Run JDK Proxy: 2224 ms, 634,022 t/s    
  7. Run CGLIB Proxy: 1123 ms, 1,255,623 t/s    
  8. Run JAVAASSIST Proxy: 3212 ms, 438,999 t/s    
  9. Run JAVAASSIST Bytecode Proxy: 206 ms, 6,844,977 t/s     
  10. ----------------    
  11. Run JDK Proxy: 2169 ms, 650,099 t/s    
  12. Run CGLIB Proxy: 1059 ms, 1,331,506 t/s    
  13. Run JAVAASSIST Proxy: 3328 ms, 423,697 t/s    
  14. Run JAVAASSIST Bytecode Proxy: 202 ms, 6,980,521 t/s     
  15. ----------------    
  16. Run JDK Proxy: 2174 ms, 648,604 t/s    
  17. Run CGLIB Proxy: 1032 ms, 1,366,342 t/s    
  18. Run JAVAASSIST Proxy: 3119 ms, 452,088 t/s    
  19. Run JAVAASSIST Bytecode Proxy: 207 ms, 6,811,910 t/s    
  20. ----------------    

 

 

Javassist字节码最快,CGLIB次之,是JDK的两倍。

      它们都是通过字节码生成来实现动态代理的。只不过是它们生成的字节码不一样,像JDK,CGLIB都考虑了很多因素,以及继承或包装了自己的一些类,所以生成的字节码非常大,而我们很多时候用不上这些,手工生成的字节码非常小(Javassist是手工生成的字节码),所以速度快。

       另外,ASM也是手工生成的字节码,速度也很快,但是它没有一个数量级,通常情况下选用Javassist生成字节码的方式。

 

        另外,从严格意义上将Aspectj不能算动态代理,应该是静态代理,因为它采用的是编译器植入。用aspectj,需要写相应的xml,定义切面,织入点等,然后由aspectj的编译器来编译出新的字节码文件,这明显是静态代理。

 

下面附上jdk proxy内幕

 

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)
            throws IllegalArgumentException {
        //InvocationHandler不能为空,因为对代理对象的所有方法调用实际上都会委托到InvocationHandler的invoke方法,
        //这个我们后面通过查看产生的代理类的源代码便会一目了然
        if (h == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        //这个是核心的地方,通过提供的ClassLoader和interface列表来产生代理类,具体的实现可以参考getProxyClass这个方法的实现,
        //真正的工作是由sun.misc.ProxyGenerator这个类来完成的,可以google查看具体的逻辑.在我们的程序中通过设置
        //System.setProperty("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true")可以查看产生的类文件
        Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);

        //因为代理类继承了Proxy类.而Proxy中定义了构造函数protected Proxy(InvocationHandler h),所以可以反射得到Constructer实例
        //创建代理对象
        try {
            Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new InternalError(e.toString());
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new InternalError(e.toString());
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new InternalError(e.toString());
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw new InternalError(e.toString());
        }
    }

 

public interface Subject {
    void pub(String key, String content);

    String sub(String key);
}


public class SimpleSubject implements Subject {
    private Map<String, String> msg = new ConcurrentHashMap<String, String>();

    public void pub(String key, String content) {
        System.out.println("pub msg: key is " + key + ", content is " + content);
        msg.put(key, content);
    }

    public String sub(String key) {
        if (msg.containsKey(key)) {
            String ret = msg.get(key);
            System.out.println("sub msg: key is " + key + ", result is " + ret);
            return ret;
        }

        return null;
    }

}


public class SubjectProxyFactory {
    //TODO: cache 
    public static Subject getSubject(final Subject realSubject) {
        return (Subject) Proxy.newProxyInstance(realSubject.getClass().getClassLoader(), new Class[] { Subject.class },
                new InvocationHandler() {

                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        System.out.println("\naction before method invocation....");
                        Object retVal = method.invoke(realSubject, args);
                        System.out.println("action after method invocation....\n");
                        return retVal;
                    }
                });
    }
}


public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //设置此系统属性,以查看代理类文件
        System.setProperty("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
        
        //创建真实对象
        Subject subj = new SimpleSubject();
        subj.pub("name", "kevin.fan");
        subj.sub("name");
        
        //创建代理对象
        Subject proxy = SubjectProxyFactory.getSubject(subj);
        proxy.pub("hobby", "r&b music");
        proxy.sub("name");
    }
}

 

pub msg: key is name, content is kevin.fan
sub msg: key is name, result is kevin.fan

action before method invocation....
pub msg: key is hobby, content is r&b music
action after method invocation....

action before method invocation....
sub msg: key is name, result is kevin.fan
action after method invocation….

 

//这里很清楚了,代理类继承了Proxy类,并且实现了Proxy.newProxyInstance这个方法中传入的接口
public final class $Proxy0 extends Proxy
  implements Subject
{
  
  //这些方法在下面的static init block中进行初始化
  private static Method m4;
  private static Method m1;
  private static Method m3;
  private static Method m0;
  private static Method m2;
  
  static
  {
    try
    {
      m4 = Class.forName("com.aliyun.demo.kevin.coder.lang.proxy.Subject").getMethod("sub", new Class[] { Class.forName("java.lang.String") });
      m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") });
      m3 = Class.forName("com.aliyun.demo.kevin.coder.lang.proxy.Subject").getMethod("pub", new Class[] { Class.forName("java.lang.String"), Class.forName("java.lang.String") });
      m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
      m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
      return;
    }
    catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException)
    {
      throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());
    }
    catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException)
    {
      throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());
    }
  }

  //构造函数,接收一个 InvocationHandler作为参数,这就是为什么Proxy.newProxyInstance方法里可以
  //通过InvocationHandler实例作为参数来反射获取Constructer实例 
  public $Proxy0(paramInvocationHandler)
    throws 
  {
    super(paramInvocationHandler);
  }

  //下面通过这个来看下代理对象中方法是怎样调用的
  public final String sub(String paramString)
    throws 
  {
    try
    {
       //全部是通过调用InvocationHandler的invoke方法,传入对应的方法和参数
      return (String)this.h.invoke(this, m4, new Object[] { paramString });
    }
    catch (Error|RuntimeException localError)
    {
      throw localError;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
      throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
    }
  }

  public final boolean equals(Object paramObject)
    throws 
  {
    try
    {
      return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue();
    }
    catch (Error|RuntimeException localError)
    {
      throw localError;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
      throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
    }
  }

  public final void pub(String paramString1, String paramString2)
    throws 
  {
    try
    {
      this.h.invoke(this, m3, new Object[] { paramString1, paramString2 });
      return;
    }
    catch (Error|RuntimeException localError)
    {
      throw localError;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
      throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
    }
  }

  public final int hashCode()
    throws 
  {
    try
    {
      return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
    }
    catch (Error|RuntimeException localError)
    {
      throw localError;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
      throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
    }
  }

  public final String toString()
    throws 
  {
    try
    {
      return (String)this.h.invoke(this, m2, null);
    }
    catch (Error|RuntimeException localError)
    {
      throw localError;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
      throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
    }
  }

}

 

Spring AOP里最重要的两个概念是增强(Advice)和切面(Advisor),增强是织入到目标类连接点上的一段程序代码,切面决定要给什么类的什么方法实施增强。是怎么做到对特定方法实施增强的呢?对invoke方法中的method#name进行判断。

public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        System.out.println("\naction before method invocation....");
                        Object retVal = method.invoke(realSubject, args);
                        System.out.println("action after method invocation....\n");
                        return retVal;
                    }

    Spring提供了ProxyFactoryBean创建代理,及利用BeanPostProcessor实现自动创建代理。

 

    Spring是在运行期利用JDK或CGLib创建代理,我们还可以在类加载期间通过字节码编辑的技术,将切面织入到目标类中,这种织入方式称为LTW(Load Time Weaving)。Spring为LTW的过程提供了细粒度的控制,它支持在单个ClassLoader范围内实施类文件转换,且配置更为简单。

 

附小知识:

Ref ref = new RefImpl(); 
System.out.println(ref.getClass().getSimpleName()); //RefImpl类型 
ref.f(); //调用接口方法 
// ref.g(); //向上转型后实现类添加的方法不能调用 
if(ref instanceof RefImpl){ 
RefImpl ref1 = (RefImpl)ref; //类型识别后转型 
ref1.g("zhouyang"); 
// ref1.w(); //私有方法不能访问 

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