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设计模式之代理模式(二)CGLIB动态代理实现

2016-10-02 15:27 itboy-木小草


像上一篇所说的代理模式其实是静态代理,在实际开发中其实应用不大,因为他需要事先知道被代理对象是谁,而且被代理对象和代理对象实现了公共的接口。实际情况往往并不能满足这些条件,我们往往在写代理模式的时候并不知道到时候被代理的对象是谁。解决办法就是——动态代理。以下我们将使用CGLIB实现动态代理

一、动态代理概述

程序在运行期而不是编译器,生成被代理对象的代理对象,并且被代理对象并不需要和代理对象实现共同的接口。基于此,我们可以利用代理对象,提供一种以控制对被代理对象的访问

1.1 动态代理的原理

基于CGLIB的动态代理,其实就是利用了CGLIB,在运行时期生成被代理对象的子类,来作为代理对象。同时重写了被代理对象的所有方法。当我们用代理对象调用方法的时候,其实是调用的重写后的方法。该方法实际调用的是callback中的用户自定义的代码逻辑,例如权限验证。当验证通过了,则通过反射,反射出父类(被代理对象)的方法并调用(invoke)
那么问题来了,如何生成被代理对象的子类呢?我们事先并不知道谁是代理对象啊?而且我们在重写调用自定义逻辑呢?

1.2 CGLIB动态代理的底层实现

CGLIB是一个强大的高性能的代码生成包。

 1. 它广泛的被许多AOP的框架使用,例如:Spring AOP和dynaop,为他们提供方法的interception(拦截);
  2. hibernate使用CGLIB来代理单端single-ended(多对一和一对一)关联(对集合的延迟抓取,是采用其他机制实现的);
  3. EasyMock和jMock是通过使用模仿(moke)对象来测试Java代码的包。
它们都通过使用CGLIB来为那些没有接口的类创建模仿(moke)对象。

CGLIB包的底层是通过使用一个小而快的字节码处理框架ASM(Java字节码操控框架),来转换字节码并生成新的类。他其实就像JVM一样,可以加载一个指定的类。这样我们就可以实现在运行时期生成我们自定义的class了。下图为cglib与一些框架和语言的关系(CGLIB Library and ASM Bytecode Framework)




二、应用场景

  1. 远程代理:也就是为一个对象在不同的地址空间提供局部代表。这样可以隐藏一个对象存在不同地址空间的事实。例如:WebService、RPC、RMI(Remote Method Invocation)等。


  2. 虚拟代理:是根据需要创建开销很大的对象。通过它来存放实例化需要很长时间的真实对象。例如:利用虚拟代理来优化页面的打开速度。


  3. 安全代理:用来控制真实对象访问时的权限。一般用户对象应该在不同访问权限的时候。


  4. 智能指引:是指当调用真实的对象时,代理处理另外一些事情。例如:Spring AOP、Hibernate等。

三、结构图

四、实际例子

4.1 需求:为自定义的BookServiceBean动态生成代理对象,实现权限管理,只允许姓名为张三的对象可以操作。

4.2 代码示例

被代理对象



package com.xiaocao.proxy.cglib;
import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;
public class BookServiceBean {

private Logger log = LogManager.getLogger();
public BookServiceBean() {
log.info("this is bookservicebean 的构造方法");
}
public void create() {
System.out.println("create() is running!");
}
public void query() {
System.out.println("query() is running!");
}
}

代理类


package com.xiaocao.proxy.cglib;
import java.lang.reflect.Method;
import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
public class MyCglibProxy implements MethodInterceptor{
private Logger log = LogManager.getLogger(MyCglibProxy.class);

private String name;

public MyCglibProxy(String name) {
this.name = name;
}

public Object intercept(Object object, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
log.info("调用的方法是:" + method.getName());
log.info("实际调用者是: " + object.getClass());
for (Object obj : objects) {
log.info("方法参数类型为:" + obj.getClass());
}

if (!name.equals("张三")) {
System.out.println("权限不够");
return null;
}
Object result = methodProxy.invokeSuper(object, objects);
System.out.println("这是方法后");
return result;
}
}



代理对象工厂


package com.xiaocao.proxy.cglib;
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
public class BookServiceFactory {

private BookServiceFactory() {

}
public static BookServiceBean getProxyInstance(MyCglibProxy myProxy) {
Enhancer enhancer = new Enhancer();
// 将Enhancer中的superclass属性赋值成BookServiceBean
 enhancer.setSuperclass(BookServiceBean.class);
// 将Enhancer中的callbacks属性赋值成myProxy
 enhancer.setCallback(myProxy);
return (BookServiceBean) enhancer.create();
}
}



测试类

测试类的主题部分很简单,只是通过工厂方法得到代理对象,然后调用,即可通过姓名判断是否有权限执行目标方法。
之后我用了许多反射机制来验证我之前想法,包括

  1. 得到的代理对象其实是被代理对象的子类

  2. 代理对象重写了被代理对象的所有方法,我们调用的时候其实是调用的被代理对象的重写方法


具体代码如下:

package com.xiaocao.proxy.cglib;

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;

public class Test {
public static void main(String[] args) {
Logger log = LogManager.getLogger();
BookServiceBean service = BookServiceFactory.getProxyInstance(new MyCglibProxy("张三"));
service.create();
log.info("我们得到的bean是:" + service.getClass());
System.out.println("实际调用者的父类:" + service.getClass().getSuperclass());
try {
Class<?> c = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6");
Class<?> beanc = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean");

Method[] beanc_method = beanc.getMethods();
int i = 1;
System.out.println("原始的bean的方法总共" + beanc_method.length + "个");
for (Method method : beanc_method) {

System.out.println("原始的bean方法" + i++ + method.getName());

}

i = 1;
Method[] methods = c.getMethods();
System.out.println("我们得到的bean的方法总共" + methods.length + "个");
for (Method method : methods) {
System.out.println("我们得到的bean的方法" + i++ + method.getName());
}
System.out.println("原始的bean的父类:" + beanc.getSuperclass());
System.out.println("我们得到的bean的父类:" + c.getSuperclass());

Field[] bean_fields = beanc.getDeclaredFields();
i = 1;
for (Field field : bean_fields) {
System.out.println("原始bean的属性 " + i++ + field);
}

Field[] fields = c.getDeclaredFields();
i = 1;
for (Field field : fields) {
System.out.println("我们得到的bean的属性 " + i++ + field);
}
Class proxyGenerator = Class.forName("sun.misc.ProxyGenerator");
Method[] methods2 = proxyGenerator.getMethods();
for (Method method : methods2) {
System.out.println(method);
byte[] TempProxySuper = (byte[]) method.invoke(proxyGenerator, "TempProxySuper", new Class[]{c.getSuperclass()});
byte[] TempProxy = (byte[]) method.invoke(proxyGenerator, "TempProxy", new Class[]{c});
byte[] TempBean = (byte[]) method.invoke(proxyGenerator, "TempBean", new Class[]{beanc});
createClassFile("TempProxy", TempProxy);
createClassFile("TempProxySuper", TempProxySuper);
createClassFile("TempBean", TempBean);
break;
}

} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
  e.printStackTrace();
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
  e.printStackTrace();
}
}

/**
 * 生成class文件
 *
 * @param fileName
 * @param classFile
 */
public static void createClassFile(String fileName, byte[] classFile) {
try {
File file;
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file = new File(fileName + ".class"));
fos.write(classFile);
fos.flush();
fos.close();
System.out.println(file.getAbsolutePath());
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
  e.printStackTrace();
}
}
}

注意:代码中的com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6,是我之前测试得到代理类名称。

4.3 测试结果


测试代码的剩下部分是用来生成被代理类、代理类和代理类父类的class,其中用到了sun.misc.ProxyGenerator类的静态方法proxyGenerator,他需要的参数有

  1. 生成的类名


  2. 需要生成的class对象
    返回值则是byte[]是java的bytecode,可以用来生成class文件。之后就是调用createClassFile生成class了。最后再反编译(jd-gui反编译软件)calss文件即可看到具体的类结构了。如下如(有删减):


import com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean..EnhancerByCGLIB..f2cd59c6;

import
java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;

import net.sf.cglib.core.Signature;
import net.sf.cglib.proxy.Callback;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

public final class TempProxy extends Proxy
   implements BookServiceBean..EnhancerByCGLIB..f2cd59c6FF{
  private static Method m1;
private static Method m3;
private static Method m7;
private static Method m2;
private static Method m9;
private static Method m18;
private static Method m20;
private static Method m0;
private static Method m15;
private static Method m11;
private static Method m14;
private static Method m13;
private static Method m19;
private static Method m12;
private static Method m4;
private static Method m17;
private static Method m6;
private static Method m16;
private static Method m8;
private static Method m10;
private static Method m5;

public TempProxy(InvocationHandler paramInvocationHandler)
throws {
super(paramInvocationHandler);
}

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 Object newInstance(Callback[] paramArrayOfCallback)
throws {
try {
return (Object) this.h.invoke(this, m3, new Object[]{paramArrayOfCallback});
} catch (Error | RuntimeException localError) {
throw localError;
} catch (Throwable localThrowable) {
throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
}
}

public final void query()
throws {
try {
this.h.invoke(this, m7, null);
return;
} catch (Error | RuntimeException localError) {
throw localError;
} catch (Throwable localThrowable) {
throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
}
}

public final void create()
throws {
try {
this.h.invoke(this, m6, null);
return;
} catch (Error | RuntimeException localError) {
throw localError;
} catch (Throwable localThrowable) {
throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
}
}
......

static {
try {
m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[]{Class.forName("java.lang.Object")});

m3 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("newInstance", new Class[]{Class.forName("[Lnet.sf.cglib.proxy.Callback;")});

m7 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("query", new Class[0]);
m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);

m9 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("getCallback", new Class[]{Integer.TYPE});

m18 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("getClass", new Class[0]);

m20 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("notifyAll", new Class[0]);

m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);

m15 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("wait", new Class[0]);

m11 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("CGLIB$SET_STATIC_CALLBACKS", new Class[]{Class.forName("[Lnet.sf.cglib.proxy.Callback;")});

m14 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("setCallbacks", new Class[]{Class.forName("[Lnet.sf.cglib.proxy.Callback;")});

m13 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("setCallback", new Class[]{Integer.TYPE, Class.forName("net.sf.cglib.proxy.Callback")});

m19 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("notify", new Class[0]);

m12 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS", new Class[]{Class.forName("[Lnet.sf.cglib.proxy.Callback;")});

m4 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("newInstance", new Class[]{Class.forName("[Ljava.lang.Class;"), Class.forName("[Ljava.lang.Object;"), Class.forName("[Lnet.sf.cglib.proxy.Callback;")});

m17 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("wait", new Class[]{Long.TYPE});

m6 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("create", new Class[0]);

m16 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("wait", new Class[]{Long.TYPE, Integer.TYPE});

m8 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("CGLIB$findMethodProxy", new Class[]{Class.forName("net.sf.cglib.core.Signature")});

m10 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("getCallbacks", new Class[0]);

m5 = Class.forName("com.xiaocao.proxy.cglib.BookServiceBean$$EnhancerByCGLIB$$f2cd59c6").getMethod("newInstance", new Class[]{Class.forName("net.sf.cglib.proxy.Callback")});

return;
} catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException) {
throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());
} catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException) {
throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());
}
}
}

4.4 补充

现在,如果我们需要进行半开放的权限验证,也就是对于create需要权限验证,而对已query则不需要
当然,我们完全可以在MyCglibProxy的intercept方法进行判断,如果是create方法才进行验证。这样做是可行的,但是似乎有点违反单一职责的编程原则,更好的方法应该是引入filter机制,实现过滤验证。下面我们将引入一个MyProxyFilter 类。

package com.xiaocao.proxy.cglib;
import java.lang.reflect.Method;
import net.sf.cglib.proxy.CallbackFilter;
public class MyProxyFilter implements CallbackFilter{
@Override
public int accept(Method method) {
if(!"query".equalsIgnoreCase(method.getName()))
return 0;
return 1;
}
}



另外,我们需要将此拦截器应用到工厂方法中,让其生效。

       Enhancer enhancer=new Enhancer();
// 将Enhancer中的superclass属性赋值成BookServiceBean
       enhancer.setSuperclass(BookServiceBean.class);
// 将Enhancer中的callbacks属性赋值成myProxy
       enhancer.setCallbacks(new Callback[]{myProxy,NoOp.INSTANCE});
// 将Enhancer中的callbackfilter属性赋值成MyProxyFilter
       enhancer.setCallbackFilter(new MyProxyFilter());
return(BookServiceBean)enhancer.create();



接下来就是测试了

BookServiceBean service = BookServiceFactory.getProxyInstance(new MyCglibProxy("张三"));
service.create();

BookServiceBean service2 = BookServiceFactory.getProxyInstance(new MyCglibProxy("李四"));
service2.create();

service2.query();



输出结果为:

注意: setCallbacks中定义了所使用的拦截器,其中NoOp.INSTANCE是CGlib所提供的实际是一个没有任何操作的拦截器,
他们是有序的,一定要和CallbackFilter里面的顺序一致。上面return返回(0/1)的就是返回的顺序。也就是说如果调用query方法就使用NoOp.INSTANCE进行拦截。

五、动态代理的认识

动态代理的实现可以说是一个比较综合的Java技术应用实现,他的作用是显著的,完全提供了一种AOP面向切面编程的可行性,也为远程过程调用提供了基础支持。总结一下运用的知识:

  1. 多态和继承。代理对象和被代理对象的继承关系,实现了重写被代理对象所有方法,有选择性的运行逻辑代码。另外,工厂返回的是子类,让使用者就像调用被代理对象一样方便,这也是多态的体现。

  2. 反射机制。动态代理里面大量运用了反射机制,比如对被代理对象的反射,对代理对象的class进行反射,对调用父类方法的反射等等。

  3. 动态生成class。这里需要了解JVM生成calss很多细节,好在CGLIB做到了很好的封装底层的ASM实现。这也是实现动态代理的核心。


六、优缺点

  1. 优点
    有点是显然的,这里就不在赘述了,前面提到很多次了。
    缺点

  2. 因为动态代理的底层实现需要用到反射机制和动态生成并加载class,所以效率会大打折扣
    所以,在我们实际应用中,应该谨慎使用

  3. 应为需要重写被代理对象的所有方法,且需要继承被代理对象。所以被代理对象必须不能是fianl修饰的,属性方法都不可以。另外,java也有一套实现动态代理的机制,这里就不在赘述了。需要注意的是,java的动态代理与CGLIB不同,java的实现需要被代理对象实现指定的接口


在此感谢山的那边——cglib动态代理介绍(一)。


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