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__。
1. 背景
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：
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;interfaceHelloWorld {voidsayHello();
}classHelloWorldImpl implements HelloWorld {public voidsayHello() {
System.out.println("Hello world!");
}
}public classDemoApplication {public static voidmain(String[] args) {
HelloWorldImpl realObject= newHelloWorldImpl();
HelloWorld proxyInstance=(HelloWorld) Proxy.newProxyInstance(
HelloWorldImpl.class.getClassLoader(), //使用目标类的类加载器
new Class[]{HelloWorld.class}, //代理类需要实现的接口列表
newInvocationHandler() {
@OverridepublicObject invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {//在调用目标方法前可以插入自定义逻辑
System.out.println("Before method call");//调用目标对象的方法
Object result =method.invoke(realObject, args);//在调用目标方法后可以插入自定义逻辑
System.out.println("After method call");returnresult;
}
});
proxyInstance.sayHello();
}
}
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
Object result = method.invoke(realObject, args);
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
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
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;interfaceHelloWorld {voidsayHello();voidsayGoodbye();
}classHelloWorldImpl implements HelloWorld {public voidsayHello() {
System.out.println("Hello world!");
}public voidsayGoodbye() {
System.out.println("Goodbye world!");
}
}public classDemoApplication {public static voidmain(String[] args) {
HelloWorld realObject= newHelloWorldImpl();
HelloWorld proxyInstance=(HelloWorld) Proxy.newProxyInstance(
HelloWorldImpl.class.getClassLoader(),new Class[]{HelloWorld.class},newInvocationHandler() {//添加一个简单的权限控制演示
private boolean accessAllowed = true;//简单的功能开关
private boolean goodbyeFunctionEnabled = true;
@OverridepublicObject invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {//权限控制
if (!accessAllowed) {
System.out.println("Access denied");return null; //在实际场景中，可以抛出一个异常
}//功能开关
if (method.getName().equals("sayGoodbye") && !goodbyeFunctionEnabled) {
System.out.println("Goodbye function is disabled");return null;
}//方法执行前的通用逻辑
System.out.println("Before method:" +method.getName());//执行方法
Object result =method.invoke(realObject, args);//方法执行后的通用逻辑
System.out.println("After method:" +method.getName());returnresult;
}
});//正常执行
proxyInstance.sayHello();//可以根据goodbyeFunctionEnabled变量决定是否执行
proxyInstance.sayGoodbye();
}
}
运行如下：
如果
accessAllowed
变量为
false
：
如果
goodbyeFunctionEnabled
变量为
false
：
在这个例子中：
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。
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;interfaceHelloWorld {voidsayHello();
}classHelloWorldImpl implements HelloWorld {public voidsayHello() {
System.out.println("Hello world!");
}
}public classDemoApplication {public static voidmain(String[] args) {
HelloWorld realObject= newHelloWorldImpl();
HelloWorld proxyInstance=(HelloWorld) Proxy.newProxyInstance(
HelloWorldImpl.class.getClassLoader(),new Class[]{HelloWorld.class},newAdvancedInvocationHandler(realObject));//模拟多次调用以观察限流和熔断效果
for (int i = 0; i < 10; i++) {
proxyInstance.sayHello();
}
}static classAdvancedInvocationHandler implements InvocationHandler {privatefinal Object target;private AtomicInteger requestCount = new AtomicInteger(0);private AtomicLong lastTimestamp = newAtomicLong(System.currentTimeMillis());private volatile boolean circuitBreakerOpen = false;private final long cooldownPeriod = 10000; //冷却时间10秒
publicAdvancedInvocationHandler(Object target) {this.target =target;
}
@OverridepublicObject invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {long now =System.currentTimeMillis();//检查熔断器是否应该被重置
if (circuitBreakerOpen && (now - lastTimestamp.get() >cooldownPeriod)) {
circuitBreakerOpen= false; //重置熔断器
requestCount.set(0); //重置请求计数
System.out.println("Circuit breaker has been reset.");
}//熔断检查
if(circuitBreakerOpen) {
System.out.println("Circuit breaker is open. Blocking method execution for:" +method.getName());return null; //在实际场景中，可以返回一个兜底的响应或抛出异常
}//限流检查
if (requestCount.incrementAndGet() > 5) {if (now - lastTimestamp.get() < cooldownPeriod) { //10秒内超过5次请求，触发熔断
circuitBreakerOpen = true;
lastTimestamp.set(now); //更新时间戳
System.out.println("Too many requests. Opening circuit breaker.");return null; //触发熔断时的处理
} else{//重置计数器和时间戳
requestCount.set(0);
lastTimestamp.set(now);
}
}//执行实际方法
Object result =method.invoke(target, args);//方法执行后的逻辑
System.out.println("Executed method:" +method.getName());returnresult;
}
}
}
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：
<dependency>
<groupId>cglib</groupId>
<artifactId>cglib</artifactId>
<version>3.3.0</version> <!-- 目前最新的版本 -->
</dependency>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：
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;classHelloWorld {public voidsayHello() {
System.out.println("Hello world!");
}
}public classDemoApplication {public static voidmain(String[] args) {
Enhancer enhancer= newEnhancer();//设置需要代理的类
enhancer.setSuperclass(HelloWorld.class);
enhancer.setCallback(newMethodInterceptor() {
@OverridepublicObject intercept(Object obj, java.lang.reflect.Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
System.out.println("Before method call");
Object result= proxy.invokeSuper(obj, args); //调用父类的方法
System.out.println("After method call");returnresult;
}
});
HelloWorld proxy= (HelloWorld) enhancer.create(); //创建代理对象
proxy.sayHello(); //通过代理对象调用方法
}
}
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。
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
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
import java.lang.reflect.Method;classHelloWorldImpl {public voidsayHello() {
System.out.println("Hello world!");
}public voidsayGoodbye() {
System.out.println("Goodbye world!");
}
}public classDemoApplication {public static voidmain(String[] args) {
Enhancer enhancer= newEnhancer();
enhancer.setSuperclass(HelloWorldImpl.class); //设置被代理的类
enhancer.setCallback(newMethodInterceptor() {//添加一个简单的权限控制演示
private boolean accessAllowed = true;//简单的功能开关
private boolean goodbyeFunctionEnabled = true;
@OverridepublicObject intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {//权限控制
if (!accessAllowed) {
System.out.println("Access denied");return null; //在实际场景中，可以抛出一个异常
}//功能开关
if (method.getName().equals("sayGoodbye") && !goodbyeFunctionEnabled) {
System.out.println("Goodbye function is disabled");return null;
}//方法执行前的通用逻辑
System.out.println("Before method:" +method.getName());//执行方法
Object result =proxy.invokeSuper(obj, args);//方法执行后的通用逻辑
System.out.println("After method:" +method.getName());returnresult;
}
});
HelloWorldImpl proxyInstance= (HelloWorldImpl) enhancer.create(); //创建代理对象
proxyInstance.sayHello(); //正常执行
proxyInstance.sayGoodbye(); //可以根据goodbyeFunctionEnabled变量决定是否执行
}
}
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
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;classHelloWorld {voidsayHello() {
System.out.println("Hello world!");
}
}public classDemoApplication {public static voidmain(String[] args) {
HelloWorld realObject= newHelloWorld();
HelloWorld proxyInstance=(HelloWorld) createProxy(realObject);//模拟多次调用以观察限流和熔断效果
for (int i = 0; i < 10; i++) {
proxyInstance.sayHello();
}
}public staticObject createProxy(final Object realObject) {
Enhancer enhancer= newEnhancer();
enhancer.setSuperclass(HelloWorld.class);
enhancer.setCallback(newAdvancedMethodInterceptor(realObject));returnenhancer.create();
}static classAdvancedMethodInterceptor implements MethodInterceptor {privatefinal Object target;private final AtomicInteger requestCount = new AtomicInteger(0);private final AtomicLong lastTimestamp = newAtomicLong(System.currentTimeMillis());private volatile boolean circuitBreakerOpen = false;private final long cooldownPeriod = 10000; //冷却时间10秒
publicAdvancedMethodInterceptor(Object target) {this.target =target;
}
@OverridepublicObject intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {long now =System.currentTimeMillis();//检查熔断器是否应该被重置
if (circuitBreakerOpen && (now - lastTimestamp.get() >cooldownPeriod)) {
circuitBreakerOpen= false; //重置熔断器
requestCount.set(0); //重置请求计数
System.out.println("Circuit breaker has been reset.");
}//熔断检查
if(circuitBreakerOpen) {
System.out.println("Circuit breaker is open. Blocking method execution for:" +method.getName());return null; //在实际场景中，可以返回一个兜底的响应或抛出异常
}//限流检查
if (requestCount.incrementAndGet() > 5) {if (now - lastTimestamp.get() < cooldownPeriod) { //10秒内超过5次请求，触发熔断
circuitBreakerOpen = true;
lastTimestamp.set(now); //更新时间戳
System.out.println("Too many requests. Opening circuit breaker.");return null; //触发熔断时的处理
} else{//重置计数器和时间戳
requestCount.set(0);
lastTimestamp.set(now);
}
}//执行实际方法
Object result = proxy.invokeSuper(obj, args); //注意这里调用的是invokeSuper//方法执行后的逻辑
System.out.println("Executed method:" +method.getName());returnresult;
}
}
}
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：
缺点：
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：
缺点：
性能比较
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
）：
事务管理：
权限控制和安全性：
延迟加载：
服务接口调用的拦截和增强：
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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