我的程序員面試系列
面試問題：Java裡的代理設計模式（Proxy Design Pattern）一共有幾種實現方式？這個題目很像孔乙己問“茴香豆的茴字有哪幾種寫法？”
所謂代理模式，是指客戶端(Client)並不直接調用實際的對象(下圖右下角的RealSubject)，而是通過調用代理(Proxy)，來間接的調用實際的對象。
代理模式的使用場合，一般是由於客戶端不想直接訪問實際對象，或者訪問實際的對象存在技術上的障礙，因而通過代理對象作為橋樑，來完成間接訪問。
實現方式一：靜態代理
開發一個接口IDeveloper，該接口包含一個方法writeCode，寫代碼。
public interface IDeveloper {
public void writeCode();
}
創建一個Developer類，實現該接口。
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");
}
}
測試代碼：創建一個Developer實例，名叫Jerry，去寫代碼！
public class DeveloperTest {
public static void main(String[] args) {
IDeveloper jerry = new Developer("Jerry");
jerry.writeCode();
}
}
現在問題來了。Jerry的項目經理對Jerry光寫代碼，而不維護任何的文檔很不滿。假設哪天Jerry休假去了，其他的程序員來接替Jerry的工作，對著陌生的代碼一臉問號。經全組討論決定，每個開發人員寫代碼時，必須同步更新文檔。
為了強迫每個程序員在開發時記著寫文檔，而又不影響大家寫代碼這個動作本身, 我們不修改原來的Developer類，而是創建了一個新的類，同樣實現IDeveloper接口。這個新類DeveloperProxy內部維護了一個成員變量，指向原始的IDeveloper實例：
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();
}
}
這個代理類實現的writeCode方法裡，在調用實際程序員writeCode方法之前，加上一個寫文檔的調用，這樣就確保了程序員寫代碼時都伴隨著文檔更新。
測試代碼：
靜態代理方式的優點
1. 易於理解和實現
2. 代理類和真實類的關係是編譯期靜態決定的，和下文馬上要介紹的動態代理比較起來，執行時沒有任何額外開銷。
靜態代理方式的缺點
每一個真實類都需要一個創建新的代理類。還是以上述文檔更新為例，假設老闆對測試工程師也提出了新的要求，讓測試工程師每次測出bug時，也要及時更新對應的測試文檔。那麼採用靜態代理的方式，測試工程師的實現類ITester也得創建一個對應的ITesterProxy類。
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();
}
}
正是因為有了靜態代碼方式的這個缺點，才誕生了Java的動態代理實現方式。
Java動態代理實現方式一：InvocationHandler
InvocationHandler的原理我曾經專門寫文章介紹過：
通過InvocationHandler, 我可以用一個EnginnerProxy代理類來同時代理Developer和Tester的行為。
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;
}
}
真實類的writeCode和doTesting方法在動態代理類裡通過反射的方式進行執行。
測試輸出：
通過InvocationHandler實現動態代理的侷限性
假設有個產品經理類(ProductOwner) 沒有實現任何接口。
public class ProductOwner {
private String name;
public ProductOwner(String name){
this.name = name;
}
public void defineBackLog(){
System.out.println("PO: " + name + " defines Backlog.");
}
}
我們仍然採取EnginnerProxy代理類去代理它，編譯時不會出錯。運行時會發生什麼事？
ProductOwner po = new ProductOwner("Ross");
ProductOwner poProxy = (ProductOwner) new EnginnerProxy().bind(po);
poProxy.defineBackLog();
運行時報錯。所以侷限性就是：如果被代理的類未實現任何接口，那麼不能採用通過InvocationHandler動態代理的方式去代理它的行為。
Java動態代理實現方式二：CGLIB
CGLIB是一個Java字節碼生成庫，提供了易用的API對Java字節碼進行創建和修改。關於這個開源庫的更多細節，請移步至CGLIB在github上的倉庫：https://github.com/cglib/cglib
我們現在嘗試用CGLIB來代理之前採用InvocationHandler沒有成功代理的ProductOwner類(該類未實現任何接口)。
現在我改為使用CGLIB API來創建代理類：
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();
}
}
測試代碼：
ProductOwner ross = new ProductOwner("Ross");
ProductOwner rossProxy = (ProductOwner) new EnginnerCGLibProxy().bind(ross);
rossProxy.defineBackLog();
儘管ProductOwner未實現任何代碼，但它也成功被代理了：
用CGLIB實現Java動態代理的侷限性
如果我們瞭解了CGLIB創建代理類的原理，那麼其侷限性也就一目瞭然。我們現在做個實驗，將ProductOwner類加上final修飾符，使其不可被繼承：
再次執行測試代碼，這次就報錯了： Cannot subclass final class XXXX。
所以通過CGLIB成功創建的動態代理，實際是被代理類的一個子類。那麼如果被代理類被標記成final，也就無法通過CGLIB去創建動態代理。
Java動態代理實現方式三：通過編譯期提供的API動態創建代理類
假設我們確實需要給一個既是final，又未實現任何接口的ProductOwner類創建動態代碼。除了InvocationHandler和CGLIB外，我們還有最後一招：
我直接把一個代理類的源代碼用字符串拼出來，然後基於這個字符串調用JDK的Compiler（編譯期）API，動態的創建一個新的.java文件，然後動態編譯這個.java文件，這樣也能得到一個新的代理類。
測試成功：
我拼好了代碼類的源代碼，動態創建了代理類的.java文件，能夠在Eclipse裡打開這個用代碼創建的.java文件，
下圖是如何動態創建ProductPwnerSCProxy.java文件:
下圖是如何用JavaCompiler API動態編譯前一步動態創建出的.java文件，生成.class文件：
下圖是如何用類加載器加載編譯好的.class文件到內存：
如果您想試試這篇文章介紹的這四種代理模式(Proxy Design Pattern), 請參考我的github倉庫，全部代碼都在上面。感謝閱讀。
https://github.com/i042416/JavaTwoPlusTwoEquals5/tree/master/src/proxy
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