本文分享自华为云社区《
Spring高手之路17——动态代理的艺术与实践
》，作者： 砖业洋__。
动态代理是一种强大的设计模式，它允许开发者在运行时创建代理对象，用于拦截对真实对象的方法调用。这种技术在实现面向切面编程（
AOP
）、事务管理、权限控制等功能时特别有用，因为它可以在不修改原有代码结构的前提下，为程序动态地注入额外的逻辑。
2. JDK动态代理
2.1 定义和演示
JDK
动态代理是
Java
语言提供的一种基于接口的代理机制，允许开发者在运行时动态地创建代理对象，而无需为每个类编写具体的代理实现。
这种机制主要通过
java.lang.reflect.Proxy
类和
java.lang.reflect.InvocationHandler
接口实现。下面是
JDK
动态代理的核心要点和如何使用它们的概述。
使用步骤
-
定义接口：首先定义一个或多个接口，代理对象将实现这些接口。
-
实现接口：创建一个类，它实现上述接口，提供具体的实现逻辑。
-
创建
InvocationHandler
实现：定义一个
InvocationHandler
的实现，这个实现中的
invoke
方法可以包含自定义逻辑。 -
创建代理对象：使用
Proxy.newProxyInstance
方法，传入目标对象的类加载器、需要代理的接口数组以及
InvocationHandler
的实现，来创建一个实现了指定接口的代理对象。
用简单的例子来说明这个过程，全部代码如下：
运行结果如下：
InvocationHandler
是动态代理的核心接口之一，当我们使用动态代理模式创建代理对象时，任何对代理对象的方法调用都会被转发到一个实现了
InvocationHandler
接口的实例的
invoke
方法上。
我们经常看到
InvocationHandler
动态代理的匿名内部类，这会在代理对象的相应方法被调用时执行。具体地说，每当对代理对象执行方法调用时，调用的方法不会直接执行，而是转发到实现了
InvocationHandler
的
invoke
方法上。在这个
invoke
方法内部，我们可以定义拦截逻辑、调用原始对象的方法、修改返回值等操作。
在这个例子中，当调用
proxyInstance.sayHello()
方法时，实际上执行的是
InvocationHandler
的匿名内部类中的
invoke
方法。这个方法中，我们可以在调用实际对象的
sayHello
方法前后添加自定义逻辑（比如这里的打印消息）。这就是动态代理和
InvocationHandler
的工作原理。
我们来看关键的一句代码
在
Java
的动态代理中，
method.invoke(realObject, args)
这句代码扮演着核心的角色，因为它实现了代理对象方法调用的转发机制。下面分别解释一下这行代码的两个主要部分：
method.invoke()
方法和
args
参数。
method.invoke(realObject, args)
-
作用：这行代码的作用是调用目标对象（
realObject
）的具体方法。在动态代理的上下文中，
invoke
方法是在代理实例上调用方法时被自动调用的。通过这种方式可以在实际的方法执行前后加入自定义的逻辑，比如日志记录、权限检查等。 -
method：
method
是一个
java.lang.reflect.Method
类的实例，代表了正在被调用的方法。在
invoke
方法中，这个对象用来标识代理对象上被调用的具体方法。
注意：如果尝试直接在
invoke
方法内部使用
method.invoke(proxy, args)
调用代理对象的方法，而不是调用原始目标对象的方法，则会导致无限循环。这是因为调用
proxy
实例上的方法会再次被代理拦截，从而无限调用
invoke
方法，传参可别传错了。
-
invoke：
Method
类的
invoke
方法用于执行指定方法。第一个参数是指明方法应该在哪个对象上调用（在这个例子中是
realObject
），后续的参数
args
是调用方法时传递的参数。
args
-
定义：
args
是一个对象数组，包含了调用代理方法时传递给方法的参数值。如果被调用的方法没有参数，
args
将会是
null
或者空数组。 -
作用：
args
允许在
invoke
方法内部传递参数给实际要执行的方法。这意味着可以在动态代理中不仅控制是否调用某个方法，还可以修改调用该方法时使用的参数。
2.2 不同方法分别代理
我们继续通过扩展
HelloWorld
接口来包含多个方法，并通过
JDK
动态代理演示权限控制和功能开关操作的一种实现方式
运行如下：
如果
accessAllowed
变量为
false
：
如果
goodbyeFunctionEnabled
变量为
false
：
在这个例子中：
-
权限控制：通过检查
accessAllowed
变量，我们可以模拟简单的权限控制。如果没有权限，可以直接返回或抛出异常，避免执行方法。 -
功能开关：通过检查方法名称和
goodbyeFunctionEnabled
变量，我们可以控制
sayGoodbye
方法是否被执行。这可以用来根据配置启用或禁用特定功能。
这个例子展示了
JDK
动态代理在实际应用中如何进行方法级别的细粒度控制，同时保持代码的灵活性和可维护性。通过动态代理，我们可以在不修改原始类代码的情况下，为对象动态地添加额外的行为。
2.3 熔断限流和日志监控
为了更全面地展示
JDK
动态代理的能力，我们在先前的示例中添加熔断限流和日志监控的逻辑。这些是在高并发和分布式系统中常见的需求，可以通过动态代理以非侵入式的方式实现。
在这个扩展示例中，我们实现了：
-
熔断机制：通过一个简单的计数器和时间戳来模拟。如果在
10
秒内对任一方法的调用次数超过
5
次，我们就”打开”熔断器，阻止进一步的方法调用。在实际应用中，熔断逻辑可能更加复杂，可能包括错误率的检查、调用延迟的监控等。 -
限流：这里使用的限流策略很简单，通过计数和时间戳来判断是否在短时间内请求过多。在更复杂的场景中，可以使用令牌桶或漏桶算法等更高级的限流策略。
-
日志监控：在方法调用前后打印日志，这对于监控系统的行为和性能是非常有用的。在实际项目中，这些日志可以集成到日志管理系统中，用于问题诊断和性能分析。
通过在
invoke
方法中加入这些逻辑，我们能够在不修改原有业务代码的情况下，为系统添加复杂的控制和监控功能。如果到达流量阈值或系统处于熔断状态，可以阻止对后端服务的进一步调用，直接返回一个默认值或错误响应，避免系统过载。
3. CGLIB动态代理
CGLIB
（
Code Generation Library
）是一个强大的高性能代码生成库，它在运行时动态生成新的类。与
JDK
动态代理不同，
CGLIB
能够代理那些没有实现接口的类。这使得
CGLIB
成为那些因为设计限制或其他原因不能使用接口的场景的理想选择。
3.1 定义和演示
工作原理
CGLIB
通过继承目标类并在运行时生成子类来实现动态代理。代理类覆盖了目标类的非
final
方法，并在调用方法前后提供了注入自定义逻辑的能力。这种方法的一个关键优势是它不需要目标对象实现任何接口。
使用CGLIB的步骤
添加CGLIB依赖：首先，需要在项目中添加
CGLIB
库的依赖。
如果使用
Maven
，可以添加如下依赖到
pom.xml
中：
创建MethodInterceptor：实现
MethodInterceptor
接口，这是
CGLIB
提供的回调类型，用于定义方法调用的拦截逻辑。
生成代理对象：使用
Enhancer
类来创建代理对象。
Enhancer
是
CGLIB
中用于生成新类的类。
改造一下
1.1
节的例子，可以对比看看，全部示例代码如下：
运行结果如下：
CGLIB vs JDK动态代理
-
接口要求：
JDK
动态代理只能代理实现了接口的对象，而
CGLIB
能够直接代理类。 -
性能：
CGLIB
在生成代理对象时通常比
JDK
动态代理要慢，因为它需要动态生成新的类。但在调用代理方法时，
CGLIB
通常会提供更好的性能。 -
方法限制：
CGLIB
不能代理
final
方法，因为它们不能被子类覆盖。
CGLIB
是一个强大的工具，特别适用于需要代理没有实现接口的类的场景。然而，选择
JDK
动态代理还是
CGLIB
主要取决于具体的应用场景和性能要求。
注意：在
CGLIB
中，如果使用
MethodProxy.invoke(obj, args)
，而不是
MethodProxy.invokeSuper(obj, args)
，并且
obj
是代理实例本身（
CGLIB
通过
Enhancer
创建的代理对象，而不是原始的被代理的目标对象），就会导致无限循环。
invoke
方法实际上是尝试在传递的对象上调用方法，如果该对象是代理对象，则调用会再次被拦截，造成无限循环。
-
在
JDK
动态代理中，确保调用
method.invoke
时使用的是目标对象，而不是代理对象。 -
在
CGLIB
代理中，使用
MethodProxy.invokeSuper
而不是
MethodProxy.invoke
来调用被代理的方法，以避免无限循环。
3.2 不同方法分别代理（对比JDK动态代理写法）
我们改写
1.2
节的例子
运行结果如下：
我们需要注意几点更改：
-
因为
CGLIB
不是基于接口的代理，而是通过生成目标类的子类来实现代理，所以我们不再需要接口
HelloWorld
。 -
我们将使用
Enhancer
类来创建代理实例，并提供一个
MethodInterceptor
来处理方法调用。
3.3 熔断限流和日志监控（对比JDK动态代理写法）
我们改写
1.3
节的例子
运行结果
在这个改写中，我们使用
CGLIB
的
Enhancer
和
MethodInterceptor
来代替了
JDK
的
Proxy
和
InvocationHandler
。
MethodInterceptor
的
intercept
方法与
InvocationHandler
的
invoke
方法在概念上是相似的，但它使用
MethodProxy
的
invokeSuper
方法来调用原始类的方法，而不是使用反射。这允许
CGLIB
在运行时生成代理类的字节码，而不是依赖于反射，从而提高了性能。此外，
circuitBreakerOpen
被声明为
volatile
，是确保其在多线程环境中的可见性。
4. 动态代理图示
方法调用拦截：
客户端通过代理对象调用方法，此时方法调用被代理对象拦截。
转发给处理器或方法拦截器：
代理对象将方法调用转发给一个特定的处理器，这取决于所使用的代理类型。对于
JDK
动态代理，这个处理器是
InvocationHandler
；对于
CGLIB
代理，是
MethodInterceptor
。
执行额外操作（调用前）：
在实际执行目标对象的方法之前，处理器有机会执行一些额外的操作，例如日志记录、安全检查或事务管理等。
调用目标对象的方法：
处理器在必要时直接调用目标对象的方法。在
JDK
动态代理中，这通常通过反射实现；而在
CGLIB
中，可以通过
MethodProxy.invokeSuper
方法调用。
执行额外操作（调用后）：
方法调用完成后，处理器再次有机会执行额外操作，比如修改返回值、记录执行时间或进行事务的提交或回滚。
返回给客户端：
最终，方法的返回值被通过代理对象返回给客户端。
5. JDK动态代理 VS CGLIB动态代理对比
JDK动态代理
JDK
动态代理是
Java
自带的代理机制，它直接使用反射
API
来调用方法。
优点：
-
无需第三方依赖：作为
Java
标准
API
的一部分，使用
JDK
动态代理不需要添加额外的库或依赖。 -
接口导向：强制使用接口进行代理，这符合面向接口编程的原则，有助于保持代码的清晰和灵活。
缺点：
-
仅限接口：只能代理实现了接口的类，这在某些情况下限制了它的使用。
-
性能开销：由于使用反射
API
进行方法调用，可能会有一定的性能开销，尤其是在大量调用时。
CGLIB动态代理
CGLIB
（
Code Generation Library
）通过在运行时生成被代理对象的子类来实现代理。
优点：
-
不需要接口：可以代理没有实现任何接口的类，这提供了更大的灵活性。
-
性能较好：通常认为
CGLIB
的性能比
JDK
动态代理要好，特别是在代理方法的调用上，因为
CGLIB
使用了字节码生成技术，减少了使用反射的需要。
缺点：
-
第三方库：需要添加
CGLIB
库作为项目依赖。 -
无法代理final方法：由于
CGLIB
是通过生成子类的方式来代理的，所以无法代理那些被声明为
final
的方法。
性能比较
-
调用速度：
CGLIB
在代理方法调用方面通常比
JDK
动态代理更快。这是因为
CGLIB
通过直接操作字节码来生成新的类，避免了反射带来的性能开销。 -
启动性能：
CGLIB
在生成代理对象时可能会比
JDK
动态代理慢，因为它需要在运行时生成新的字节码。如果代理对象在应用启动时就被创建，这可能会略微影响启动时间。
选择建议
-
如果类已经实现了接口，或者希望强制使用接口编程，那么
JDK
动态代理是一个好选择。 -
如果需要代理没有实现接口的类，或者对性能有较高的要求，特别是在代理方法的调用上，
CGLIB
可能是更好的选择。 -
在现代的
Java
应用中，很多框架（如
Spring
）都提供了对这两种代理方式的透明支持，并且可以根据实际情况自动选择使用哪一种。例如，
Spring AOP
默认会使用
JDK
动态代理，但如果遇到没有实现接口的类，它会退回到
CGLIB
。
6. 动态代理的实际应用场景
面向切面编程（
AOP
）：
-
问题解决：在不改变原有业务逻辑代码的情况下，为程序动态地添加额外的行为（如日志记录、性能监测、事务管理等）。
-
应用实例：
Spring AOP
使用动态代理为方法调用提供了声明式事务管理、安全性检查和日志记录等服务。根据目标对象是否实现接口，
Spring AOP
可以选择使用
JDK
动态代理或
CGLIB
代理。
事务管理：
-
问题解决：自动化处理数据库事务的边界，如开始、提交或回滚事务。
-
应用实例：
Spring
框架中的声明式事务管理使用代理技术拦截那些被
@Transactional
注解标记的类或方法，确保方法执行在正确的事务管理下进行。
权限控制和安全性：
-
问题解决：在执行敏感操作之前自动检查用户权限，确保只有拥有足够权限的用户才能执行某些操作。
-
应用实例：企业应用中，使用代理技术拦截用户的请求，进行权限验证后才允许访问特定的服务或执行操作。
延迟加载：
-
问题解决：对象的某些属性可能加载成本较高，通过代理技术，可以在实际使用这些属性时才进行加载。
-
应用实例：
Hibernate
和其他
ORM
框架使用代理技术实现了延迟加载（懒加载），以提高应用程序的性能和资源利用率。
服务接口调用的拦截和增强：
-
问题解决：对第三方库或已有服务进行包装，添加额外的逻辑，如缓存结果、参数校验等。
-
应用实例：在微服务架构中，可以使用代理技术对服务客户端进行增强，实现如重试、熔断、限流等逻辑。
在现代框架中的应用
-
Spring框架：
Spring
的
AOP
模块和事务管理广泛使用了动态代理技术。根据目标对象的类型（是否实现接口），
Spring
可以自动选择
JDK
动态代理或
CGLIB
代理。 -
Hibernate：
Hibernate
使用动态代理技术实现懒加载，代理实体类的关联对象，在实际访问这些对象时才从数据库中加载它们的数据。 -
MyBatis：
MyBatis
框架使用动态代理技术映射接口和
SQL
语句，允许开发者通过接口直接与数据库交互，而无需实现类。
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