Java代理设计模式(Proxy)的四种具体实现：静态代理和动态代理

2021-10-21 12:38:57

面试问题：Java里的代理设计模式（Proxy Design Pattern）一共有几种实现方式？这个题目很像孔乙己问“茴香豆的茴字有哪几种写法？”

所谓代理模式，是指客户端(Client)并不直接调用实际的对象(下图右下角的RealSubject)，而是通过调用代理(Proxy)，来间接的调用实际的对象。

代理模式的使用场合，一般是由于客户端不想直接访问实际对象，或者访问实际的对象存在技术上的障碍，因而通过代理对象作为桥梁，来完成间接访问。

实现方式一：静态代理

开发一个接口IDeveloper，该接口包含一个方法writeCode，写代码。

public interface IDeveloper {

     public void writeCode();

}

创建一个Developer类，实现该接口。

public class Developer implements IDeveloper{
    private String name;
    public Developer(String name){
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void writeCode() {
        System.out.println("Developer " + name + " writes code");
    }
}

测试代码：创建一个Developer实例，名叫Jerry，去写代码！

public class DeveloperTest {
    public static void main(String[] args) {
        IDeveloper jerry = new Developer("Jerry");
        jerry.writeCode();
    }
}

现在问题来了。Jerry的项目经理对Jerry光写代码，而不维护任何的文档很不满。假设哪天Jerry休假去了，其他的程序员来接替Jerry的工作，对着陌生的代码一脸问号。经全组讨论决定，每个开发人员写代码时，必须同步更新文档。

为了强迫每个程序员在开发时记着写文档，而又不影响大家写代码这个动作本身, 我们不修改原来的Developer类，而是创建了一个新的类，同样实现IDeveloper接口。这个新类DeveloperProxy内部维护了一个成员变量，指向原始的IDeveloper实例：

public class DeveloperProxy implements IDeveloper{
    private IDeveloper developer;
    public DeveloperProxy(IDeveloper developer){
        this.developer = developer;
    }
    @Override
    public void writeCode() {
        System.out.println("Write documentation...");
        this.developer.writeCode();
    }
}

这个代理类实现的writeCode方法里，在调用实际程序员writeCode方法之前，加上一个写文档的调用，这样就确保了程序员写代码时都伴随着文档更新。

测试代码：

静态代理方式的优点

1. 易于理解和实现

2. 代理类和真实类的关系是编译期静态决定的，和下文马上要介绍的动态代理比较起来，执行时没有任何额外开销。

静态代理方式的缺点

每一个真实类都需要一个创建新的代理类。还是以上述文档更新为例，假设老板对测试工程师也提出了新的要求，让测试工程师每次测出bug时，也要及时更新对应的测试文档。那么采用静态代理的方式，测试工程师的实现类ITester也得创建一个对应的ITesterProxy类。

public interface ITester {
    public void doTesting();
}
Original tester implementation class:
public class Tester implements ITester {
    private String name;
    public Tester(String name){
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void doTesting() {
        System.out.println("Tester " + name + " is testing code");
    }
}
public class TesterProxy implements ITester{
    private ITester tester;
    public TesterProxy(ITester tester){
        this.tester = tester;
    }
    @Override
    public void doTesting() {
        System.out.println("Tester is preparing test documentation...");
        tester.doTesting();
    }
}

正是因为有了静态代码方式的这个缺点，才诞生了Java的动态代理实现方式。

Java动态代理实现方式一：InvocationHandler

InvocationHandler的原理我曾经专门写文章介绍过：Java动态代理之InvocationHandler最简单的入门教程

通过InvocationHandler, 我可以用一个EnginnerProxy代理类来同时代理Developer和Tester的行为。

public class EnginnerProxy implements InvocationHandler {
    Object obj;
    public Object bind(Object obj)
    {
        this.obj = obj;
        return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(), obj
        .getClass().getInterfaces(), this);
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
    throws Throwable
    {
        System.out.println("Enginner writes document");
        Object res = method.invoke(obj, args);
        return res;
    }
}

真实类的writeCode和doTesting方法在动态代理类里通过反射的方式进行执行。

测试输出：

通过InvocationHandler实现动态代理的局限性

假设有个产品经理类(ProductOwner) 没有实现任何接口。

public class ProductOwner {
    private String name;
    public ProductOwner(String name){
        this.name = name;
    }
    public void defineBackLog(){
        System.out.println("PO: " + name + " defines Backlog.");
    }
}

我们仍然采取EnginnerProxy代理类去代理它，编译时不会出错。运行时会发生什么事？

ProductOwner po = new ProductOwner("Ross");

ProductOwner poProxy = (ProductOwner) new EnginnerProxy().bind(po);

poProxy.defineBackLog();

运行时报错。所以局限性就是：如果被代理的类未实现任何接口，那么不能采用通过InvocationHandler动态代理的方式去代理它的行为。

Java动态代理实现方式二：CGLIB

CGLIB是一个Java字节码生成库，提供了易用的API对Java字节码进行创建和修改。关于这个开源库的更多细节，请移步至CGLIB在github上的仓库：https://github.com/cglib/cglib

我们现在尝试用CGLIB来代理之前采用InvocationHandler没有成功代理的ProductOwner类(该类未实现任何接口)。

现在我改为使用CGLIB API来创建代理类：

public class EnginnerCGLibProxy {
    Object obj;
    public Object bind(final Object target)
    {
        this.obj = target;
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(obj.getClass());
        enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
            @Override
            public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,
            MethodProxy proxy) throws Throwable
            {
                System.out.println("Enginner 2 writes document");
                Object res = method.invoke(target, args);
                return res;
            }
        }
        );
        return enhancer.create();
    }
}

测试代码：

ProductOwner ross = new ProductOwner("Ross");

ProductOwner rossProxy = (ProductOwner) new EnginnerCGLibProxy().bind(ross);

rossProxy.defineBackLog();

尽管ProductOwner未实现任何代码，但它也成功被代理了：