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Java核心-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: icdn.apigo.cn/blog/clas

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:

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");     } } </pre>

3.1 静态方法调用

<pre class="prettyprint hljs gradle" style="padding: 0.5em; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; color: rgb(68, 68, 68); border-radius: 4px; display: block; margin: 0px 0px 1.5em; font-size: 14px; line-height: 1.5em; word-break: break-all; word-wrap: break-word; white-space: pre; background-color: rgb(246, 246, 246); border: none; overflow-x: auto;">// 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); } </pre>

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:

<pre class="prettyprint hljs vbnet" style="padding: 0.5em; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; color: rgb(68, 68, 68); border-radius: 4px; display: block; margin: 0px 0px 1.5em; font-size: 14px; line-height: 1.5em; word-break: break-all; word-wrap: break-word; white-space: pre; background-color: rgb(246, 246, 246); border: none; overflow-x: auto;">Class myClass = Class.forName("example.PeopleImpl"); Object object = myClass.newInstance(); Method method = myClass.getMethod("sayHi",String.class); method.invoke(object,"老王"); </pre> 

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:

<pre class="prettyprint hljs scala" style="padding: 0.5em; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; color: rgb(68, 68, 68); border-radius: 4px; display: block; margin: 0px 0px 1.5em; font-size: 14px; line-height: 1.5em; word-break: break-all; word-wrap: break-word; white-space: pre; background-color: rgb(246, 246, 246); border: none; overflow-x: auto;">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); </pre> 

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:

<pre class="prettyprint hljs java" style="padding: 0.5em; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; color: rgb(68, 68, 68); border-radius: 4px; display: block; margin: 0px 0px 1.5em; font-size: 14px; line-height: 1.5em; word-break: break-all; word-wrap: break-word; white-space: pre; background-color: rgb(246, 246, 246); border: none; overflow-x: auto;">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(); } </pre>

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:

<pre class="prettyprint hljs java" style="padding: 0.5em; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; color: rgb(68, 68, 68); border-radius: 4px; display: block; margin: 0px 0px 1.5em; font-size: 14px; line-height: 1.5em; word-break: break-all; word-wrap: break-word; white-space: pre; background-color: rgb(246, 246, 246); border: none; overflow-x: auto;">@CallerSensitive public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,                                       Class<?>[] interfaces,                                       InvocationHandler h)     throws IllegalArgumentException { // 省略其他代码 </pre> 

来看前两个源码参数说明:

<pre class="prettyprint hljs less" style="padding: 0.5em; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; color: rgb(68, 68, 68); border-radius: 4px; display: block; margin: 0px 0px 1.5em; font-size: 14px; line-height: 1.5em; word-break: break-all; word-wrap: break-word; white-space: pre; background-color: rgb(246, 246, 246); border: none; overflow-x: auto;">* @param   loader the class loader to define the proxy class * @param   interfaces the list of interfaces for the proxy class to implement </pre> 
  • 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:

<pre class="prettyprint hljs xquery" style="padding: 0.5em; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; color: rgb(68, 68, 68); border-radius: 4px; display: block; margin: 0px 0px 1.5em; font-size: 14px; line-height: 1.5em; word-break: break-all; word-wrap: break-word; white-space: pre; background-color: rgb(246, 246, 246); border: none; overflow-x: auto; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">Exception in thread “main” java.lang.ClassCastException: com.sun.proxy.$Proxy0 cannot be cast to xxx </pre>

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: mvnrepository.com/artif

本文使用的是最新版本 3.2.9 的 Cglib,在 pom.xml 添加如下引用:在此我向大家推荐一个架构学习交流裙。交流学习裙号:687810532,里面会分享一些资深架构师录制的视频录像

<pre class="prettyprint hljs xml" style="padding: 0.5em; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; color: rgb(68, 68, 68); border-radius: 4px; display: block; margin: 0px 0px 1.5em; font-size: 14px; line-height: 1.5em; word-break: break-all; word-wrap: break-word; white-space: pre; background-color: rgb(246, 246, 246); border: none; overflow-x: auto;"><dependency>     <groupId>cglib</groupId>     <artifactId>cglib</artifactId>     <version>3.2.9</version> </dependency> </pre>

Cglib 代码实现,如下:

<pre class="prettyprint hljs java" style="padding: 0.5em; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; color: rgb(68, 68, 68); border-radius: 4px; display: block; margin: 0px 0px 1.5em; font-size: 14px; line-height: 1.5em; word-break: break-all; word-wrap: break-word; white-space: pre; background-color: rgb(246, 246, 246); border: none; overflow-x: auto;">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(); } </pre>

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。

原文始发于:Java核心-反射和动态代理(JDK Proxy和Cglib)

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