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代理模式(Proxy Pattern):动态代理 - 最易懂的设计模式解析

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Carson_Ho 595a1b60 08f6 4beb 998f 2bf55e230555
2018.04.09 09:27* 字数 2349

前言

今天我来全面总结Android开发中最常用的设计模式 - 代理模式中的动态代理模式

其他设计模式介绍
1分钟全面了解“设计模式”
单例模式(Singleton) - 最易懂的设计模式解析
简单工厂模式(SimpleFactoryPattern)- 最易懂的设计模式解析
工厂方法模式(Factory Method)- 最易懂的设计模式解析
抽象工厂模式(Abstract Factory)- 最易懂的设计模式解析
策略模式(Strategy Pattern)- 最易懂的设计模式解析
适配器模式(Adapter Pattern)- 最易懂的设计模式解析
代理模式(Proxy Pattern)- 最易懂的设计模式解析
模板方法模式(Template Method) - 最易懂的设计模式解析
建造者模式(Builder Pattern)- 最易懂的设计模式解析
外观模式(Facade Pattern) - 最易懂的设计模式解析


目录

示意图

1. 为什么要使用动态代理

1.1 背景

代理模式中的静态代理模式存在一些特点:

  • 1个静态代理 只服务1种类型的目标对象
  • 若要服务多类型的目标对象,则需要为每种目标对象都实现一个静态代理对象

关于静态代理模式可以看文章:代理模式(Proxy Pattern):静态代理 - 最易懂的设计模式解析

1.2 冲突

在目标对象较多的情况下,若采用静态代理,则会出现 静态代理对象量多、代码量大,从而导致代码复杂的问题

1.3 解决方案

采用 动态代理模式


2. 动态代理模式介绍

2.1 实现原理

  • 设计动态代理类(DynamicProxy)时,不需要显式实现与目标对象类(RealSubject)相同的接口,而是将这种实现推迟到程序运行时由 JVM来实现
  1. 即:在使用时再创建动态代理类 & 实例
  2. 静态代理则是在代理类实现时就指定与目标对象类(RealSubject)相同的接口
  • 通过Java 反射机制的method.invoke(),通过调用动态代理类对象方法,从而自动调用目标对象的方法

2.2 优点

  • 只需要1个动态代理类就可以解决创建多个静态代理的问题,避免重复、多余代码
  • 更强的灵活性
  1. 设计动态代理类(DynamicProxy)时,不需要显式实现与目标对象类(RealSubject)相同的接口,而是将这种实现推迟到程序运行时由 JVM来实现
  2. 在使用时(调用目标对象方法时)才会动态创建动态代理类 & 实例,不需要事先实例化

2.3 缺点

  • 效率低
    相比静态代理中 直接调用目标对象方法,动态代理则需要先通过Java反射机制 从而 间接调用目标对象方法
  • 应用场景局限
    因为 Java 的单继承特性(每个代理类都继承了 Proxy 类),即只能针对接口 创建 代理类,不能针对类 创建代理类

即只能动态代理 实现了接口的类

2.4 应用场景

  • 基于静态代理应用场景下,需要代理对象数量较多的情况下使用动态代理
  • AOP 领域
  1. 定义:即 Aspect Oriented Programming = 面向切面编程,是OOP的延续、函数式编程的一种衍生范型
  2. 作用:通过预编译方式和运行期动态代理实现程序功能的统一维护。
  3. 优点:降低业务逻辑各部分之间的耦合度 、 提高程序的可重用性 & 提高了开发的效率
  4. 具体应用场景:日志记录、性能统计、安全控制、异常处理等

2.5 与静态代理模式的区别

示意图

3. 具体应用

接下来,我将用1个具体实例来对 动态代理模式 进行更深一步的介绍

3.1 实例概况

  • 背景:小成 希望买一台最新的顶配 Mac 电脑;小何希望买一台 iPhone
  • 冲突:国内还没上,只有美国才有
  • 解决方案:寻找一个代购一起进行购买
  1. 即1个代购(动态代理对象)同时 代替 小成 & 小何(目标对象) 去买Mac(间接访问的操作)
  2. 该代购是代购任何商品 = 什么人有什么需求就会去代购任何东西(动态代理)

3.2 使用步骤

  1. 声明 调用处理器类
  2. 声明目标对象类的抽象接口
  3. 声明目标对象类
  4. 通过动态代理对象,调用目标对象的方法

3.3 步骤详解

步骤1: 声明 调用处理器类

DynamicProxy.java

<-- 作用 -->
// 1.  生成 动态代理对象
// 2.  指定 代理对象运行目标对象方法时需要完成的 具体任务
// 注:需实现InvocationHandler接口 = 调用处理器 接口
// 所以称为 调用处理器类

 public class DynamicProxy implements InvocationHandler {

    // 声明代理对象
    // 作用:绑定关系,即关联到哪个接口(与具体的实现类绑定)的哪些方法将被调用时,执行invoke()
    private Object ProxyObject;

    public Object newProxyInstance(Object ProxyObject){
        this.ProxyObject =ProxyObject;
        return Proxy.newProxyInstance(ProxyObject.getClass().getClassLoader(),
                ProxyObject.getClass().getInterfaces(),this);
        // Proxy类 = 动态代理类的主类 
        // Proxy.newProxyInstance()作用:根据指定的类装载器、一组接口 & 调用处理器 生成动态代理类实例,并最终返回
        // 参数说明:
        // 参数1:指定产生代理对象的类加载器,需要将其指定为和目标对象同一个类加载器
        // 参数2:指定目标对象的实现接口
        // 即要给目标对象提供一组什么接口。若提供了一组接口给它,那么该代理对象就默认实现了该接口,这样就能调用这组接口中的方法
        // 参数3:指定InvocationHandler对象。即动态代理对象在调用方法时,会关联到哪个InvocationHandler对象

    }

    //  复写InvocationHandler接口的invoke()
    //  动态代理对象调用目标对象的任何方法前,都会调用调用处理器类的invoke()
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
            // 参数说明:
            // 参数1:动态代理对象(即哪个动态代理对象调用了method()
            // 参数2:目标对象被调用的方法
            // 参数3:指定被调用方法的参数
            throws Throwable {
                System.out.println("代购出门了");
                Object result = null;
                // 通过Java反射机制调用目标对象方法
                result = method.invoke(ProxyObject, args);
        return result;
    }

}


步骤2: 声明目标对象的抽象接口

Subject.java

public interface Subject {
    // 定义目标对象的接口方法
    // 代购物品
    public  void buybuybuy();

}

步骤3: 声明目标对象类

Buyer1.java


// 小成,真正的想买Mac的对象 = 目标对象 = 被代理的对象
// 实现抽象目标对象的接口
public class Buyer1 implements Subject  {

    @Override
    public void buybuybuy() {
        System.out.println("小成要买Mac");
    }

}

Buyer2.java

// 小何,真正的想买iPhone的对象 = 目标对象 = 被代理的对象
// 实现抽象目标对象的接口
public class Buyer2 implements Subject  {

    @Override
    public void buybuybuy() {
        System.out.println("小何要买iPhone");
    }

}

步骤4: 通过动态代理对象,调用目标对象的方法
MainActivity.java

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // 1. 创建调用处理器类对象
        DynamicProxy DynamicProxy = new DynamicProxy();

        // 2. 创建目标对象对象
        Buyer1 mBuyer1 = new Buyer1();

        // 3. 创建动态代理类 & 对象:通过调用处理器类对象newProxyInstance()
        // 传入上述目标对象对象
        Subject Buyer1_DynamicProxy = (Subject) DynamicProxy.newProxyInstance(mBuyer1);

        // 4. 通过调用动态代理对象方法从而调用目标对象方法
        // 实际上是调用了invoke(),再通过invoke()里的反射机制调用目标对象的方法
        Buyer1_DynamicProxy.buybuybuy();
        // 以上代购为小成代购Mac

        // 以下是代购为小何代购iPhone
        Buyer2 mBuyer2 = new Buyer2();
        Subject Buyer2_DynamicProxy = (Subject) DynamicProxy.newProxyInstance(mBuyer2);
        Buyer2_DynamicProxy.buybuybuy();
    }
}

3.4 测试结果

示意图

3.5 Demo地址

Carson_Ho的Github地址:动态代理DynamicProxy


4. 源码分析

  • 在经过上面的实例后,你是否会对以下问题好奇:

    1. 动态代理类 及其对象实例是如何生成的?
    2. 如何通过调用动态代理对象方法,从而调用目标对象方法?
  • 下面,我们顺着 步骤4:目标对象 通过 动态代理对象调用方法的使用 来进行动态代理模式的源码分析

// 步骤4:通过动态代理对象,调用目标对象的方法
public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // 1. 创建 调用处理器类 对象
        DynamicProxy DynamicProxy = new DynamicProxy();

        // 2. 创建 目标类 对象
        Buyer1 mBuyer1 = new Buyer1();

        // 3. 创建动态代理类 & 对象:通过调用处理器类对象newProxyInstance()
        // 传入上述目标类对象
        Subject Buyer1_DynamicProxy = (Subject) DynamicProxy.newProxyInstance(mBuyer1);
        // ->>关注1

        // 4. 通过调用动态代理对象方法从而调用目标对象方法
        // ->>关注2
        Buyer1_DynamicProxy.buybuybuy();
        // 以上代购为小成代购Mac

        // 以下是代购为小何代购iPhone
        Buyer2 mBuyer2 = new Buyer2();
        Subject Buyer2_DynamicProxy = (Subject) DynamicProxy.newProxyInstance(mBuyer2);
        Buyer2_DynamicProxy.buybuybuy();
    }
}

此处有两个重要的源码分析点:

  • 关注1:创建动态代理类 & 对象:通过调用处理器类对象newProxyInstance()

解决的问题是:动态代理类 及其对象实例是如何生成的?

  • 关注2:通过调用动态代理对象方法从而调用目标对象方法

解决的问题是:如何通过调用动态代理对象方法,从而调用目标对象方法?

下面,我们将主要分析这两处源码。

4.1 (关注1)创建动态代理类 & 对象:通过调用处理器类对象newProxyInstance()

// 使用代码
Subject Buyer1_DynamicProxy = (Subject) DynamicProxy.newProxyInstance(mBuyer1);
  • 即,动态代理类 及其对象实例是如何生成的?
  • 下面,我们直接进入DynamicProxy.newProxyInstance()
<-- 关注1:调用处理器 类的newProxyInstance() -->
// 即步骤1中实现的类:DynamicProxy

// 作用:
// 1.  生成 动态代理对象
// 2.  指定 代理对象运行目标对象方法时需要完成的 具体任务
// 注:需实现InvocationHandler接口 = 调用处理器 接口

 public class DynamicProxy implements InvocationHandler {

    // 声明代理对象
    private Object ProxyObject;

    public Object newProxyInstance(Object ProxyObject){
        this.ProxyObject =ProxyObject;
        return Proxy.newProxyInstance(ProxyObject.getClass().getClassLoader(),
                ProxyObject.getClass().getInterfaces(),this);
        // Proxy.newProxyInstance()作用:根据指定的类装载器、一组接口 & 调用处理器 生成动态代理类实例,并最终返回
        // ->>关注2

    }
    
     // 以下暂时忽略,下文会详细介绍
    //  复写InvocationHandler接口的invoke()
    //  动态代理对象调用目标对象的任何方法前,都会调用调用处理器类的invoke()
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
            // 参数说明:
            // 参数1:动态代理对象(即哪个动态代理对象调用了method()
            // 参数2:目标对象被调用的方法
            // 参数3:指定被调用方法的参数
            throws Throwable {
                System.out.println("代购出门了");
                Object result = null;
                // 通过Java反射机制调用目标对象方法
                result = method.invoke(ProxyObject, args);
        return result;
    }

// 至此,关注1分析完毕,跳出
}

<-- 关注2:newProxyInstance()源码解析-->
// 作用:根据指定的类装载器、一组接口 & 调用处理器 生成动态代理类及其对象实例,并最终返回
      
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[]interfaces,InvocationHandler h) throws IllegalArgumentException { 
  // 参数说明:
        // 参数1:指定产生代理对象的类加载器,需要将其指定为和目标对象同一个类加载器
        // 参数2:指定目标对象的实现接口
        // 即要给目标对象提供一组什么接口。若提供了一组接口给它,那么该代理对象就默认实现了该接口,这样就能调用这组接口中的方法
        // 参数3:指定InvocationHandler对象。即动态代理对象在调用方法时,会关联到哪个InvocationHandler对象

    ...  
    // 仅贴出核心代码

    // 1. 通过 为Proxy类指定类加载器对象 & 一组interface,从而创建动态代理类
    // >>关注3
    Class cl = getProxyClass(loader, interfaces); 

    // 2. 通过反射机制获取动态代理类的构造函数,其参数类型是调用处理器接口类型
    Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams); 

    // 3. 通过动态代理类的构造函数 创建 代理类实例(传入调用处理器对象
    return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h }); 

// 特别注意 
// 1. 动态代理类继承 Proxy 类 & 并实现了在Proxy.newProxyInstance()中提供的一系列接口(接口数组)
// 2. Proxy 类中有一个映射表
  // 映射关系为:(<ClassLoader>,(<Interfaces>,<ProxyClass>) )
  // 即:1级key = 类加载器,根据1级key 得到 2级key = 接口数组
  // 因此:1类加载器对象 + 1接口数组 = 确定了一个代理类实例
...

// 回到调用关注2的原处
}


<-- 关注3:getProxyClass()源码分析 -->
// 作用:创建动态代理类

public static Class<?> getProxyClass(ClassLoader loader,Class<?>... interfaces)  
throws IllegalArgumentException { 
    
  ...
  // 仅贴出关键代码
  
<-- 1. 将目标类所实现的接口加载到内存中 -->
    // 遍历目标类所实现的接口  
    for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {  
          
        // 获取目标类实现的接口名称 
        String interfaceName = interfaces[i].getName();  
        Class interfaceClass = null;  
        try {  
        // 加载目标类实现的接口到内存中  
        interfaceClass = Class.forName(interfaceName, false, loader);  
        } catch (ClassNotFoundException e) {  
        }  
        if (interfaceClass != interfaces[i]) {  
        throw new IllegalArgumentException(  
            interfaces[i] + " is not visible from class loader");  
        }  
    }  
       
<-- 2. 生成动态代理类 -->       
        // 根据传入的接口 & 代理对象 创建动态代理类的字节码
        byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(  
            proxyName, interfaces);  

            // 根据动态代理类的字节码 生成 动态代理类
            proxyClass = defineClass0(loader, proxyName,  
            proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);  
       
        }  
    // 最终返回动态代理类
    return proxyClass;  
    }  

// 回到调用关注3的原处

总结

  • 通过调用处理器类对象的.newProxyInstance()创建动态代理类 及其实例对象(需传入目标类对象)
  • 具体过程如下:
    1. 通过 为Proy类指定类加载器对象 & 一组接口,从而创建动态代理类的字节码;再根据类字节码创建动态代理类
    2. 通过反射机制获取动态代理类的构造函数(参数类型 = 调用处理器接口类型
    3. 通过动态代理类的构造函数 创建 代理类实例(传入调用处理器对象

4.2 (关注2)通过调用动态代理对象方法从而调用目标对象方法

即,如何通过调用动态代理对象方法,从而调用目标对象方法?

// 使用代码
Buyer1_DynamicProxy.buybuybuy();
  • 在关注1中的 DynamicProxy.newProxyInstance()生成了一个动态代理类 及其实例

该动态代理类记为 :$Proxy0

下面我们直接看该类实现及其 buybuybuy()

  • 该方法的逻辑如下:
<-- 动态代理类 $Proxy0 实现-->
// 继承:Java 动态代理机制的主类:java.lang.reflect.Proxy
// 实现:与目标对象一样的接口(即上文例子的Subject接口)
public final class $Proxy0 extends Proxy implements Subject {

// 构造函数
public ProxySubject(InvocationHandler invocationhandler)   
    {   
        super(invocationhandler);   
    }  

 // buybuybuy()是目标对象实现接口(Subject)中的方法
 // 即$Proxy0类必须实现
 // 所以在使用动态代理类对象时,才可以调用目标对象的同名方法(即上文的buybuybuy())
 public final void buybuybuy() {
        try {
            super.h.invoke(this, m3, null); 
            // 该方法的逻辑实际上是调用了父类Proxy类的h参数的invoke()
            // h参数即在Proxy.newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[]interfaces,InvocationHandler h)传入的第3个参数InvocationHandler对象
            // 即调用了调用处理器的InvocationHandler.invoke()
            // 而复写的invoke()利用反射机制:Object result=method.invoke(proxied,args)
            // 从而调用目标对象的的方法 ->>关注4
            return;
        } catch (Error e) {
        } catch (Throwable throwable) {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }

<-- 关注4:调用处理器 类复写的invoke() -->
// 即步骤1中实现的类:DynamicProxy
// 内容很多都分析过了,直接跳到复写的invoke()中

 public class DynamicProxy implements InvocationHandler {

    private Object ProxyObject;

    public Object newProxyInstance(Object ProxyObject){
        this.ProxyObject =ProxyObject;
        return Proxy.newProxyInstance(ProxyObject.getClass().getClassLoader(),
                ProxyObject.getClass().getInterfaces(),this);
     

    }

    //  复写InvocationHandler接口的invoke()
    //  动态代理对象调用目标对象的任何方法前,都会调用调用处理器类的invoke()
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
            // 参数说明:
            // 参数1:动态代理对象(即哪个动态代理对象调用了method()
            // 参数2:目标对象被调用的方法
            // 参数3:指定被调用方法的参数
            throws Throwable {
                System.out.println("代购出门了");
                Object result = null;
                // 通过Java反射机制调用目标对象方法
                result = method.invoke(ProxyObject, args);
        return result;
    }

总结

  • 动态代理类实现了与目标类一样的接口,并实现了需要目标类对象需要调用的方法
  • 该方法的实现逻辑 = 调用父类 Proxy类的 h.invoke()

其中h参数 = 在创建动态代理实例中newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[]interfaces,InvocationHandler h)传入的第3个参数InvocationHandler对象

  • InvocationHandler.invoke() 中通过反射机制,从而调用目标类对象的方法

4.3 原理总结

我用一张图总结第4节说的关于动态代理模式的源码分析。


示意图

至此,关于代理模式中的动态代理模式的相关知识已经讲解完毕。


5. 总结

  • 我用两张图总结整篇文章的内容
示意图
示意图2
  • 本文主要对动态代理模式进行了全面介绍,接下来将介绍 其他设计模式,有兴趣可以继续关注Carson_Ho的安卓开发笔记!!!!

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