摘要：修飾者模式設(shè)計(jì)模式中的修飾者模式能動(dòng)態(tài)地給目標(biāo)對(duì)象增加額外的職責(zé)。修飾者模式調(diào)用的時(shí)序圖如下圖所示。的實(shí)現(xiàn)原理和修飾者模式類似。

?在上邊一篇文章中我們介紹了Spring AOP的基本概念，今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)一下與AOP實(shí)現(xiàn)相關(guān)的修飾者模式和Java Proxy相關(guān)的原理，為之后源碼分析打下基礎(chǔ)。

?Java設(shè)計(jì)模式中的修飾者模式能動(dòng)態(tài)地給目標(biāo)對(duì)象增加額外的職責(zé)(Responsibility)。它使用組合(object composition)，即將目標(biāo)對(duì)象作為修飾者對(duì)象(代理)的成員變量，由修飾者對(duì)象決定調(diào)用目標(biāo)對(duì)象的時(shí)機(jī)和調(diào)用前后所要增強(qiáng)的行為。

?裝飾模式包含如下組成部分：

Component: 抽象構(gòu)件，也就是目標(biāo)對(duì)象所實(shí)現(xiàn)的接口，有operation函數(shù)

ConcreteComponent: 具體構(gòu)件，也就是目標(biāo)對(duì)象的類

Decorator: 抽象裝飾類，也實(shí)現(xiàn)了抽象構(gòu)件接口，也就是目標(biāo)類和裝飾類都實(shí)現(xiàn)了相同的接口

ConcreteDecorator: 具體裝飾類，其中addBeavior函數(shù)就是增強(qiáng)的行為，裝飾類可以自己決定addBeavior函數(shù)和目標(biāo)對(duì)象函數(shù)operation函數(shù)的調(diào)用時(shí)機(jī)。

?修飾者模式調(diào)用的時(shí)序圖如下圖所示。程序首先創(chuàng)建目標(biāo)對(duì)象，然后創(chuàng)建修飾者對(duì)象，并將目標(biāo)對(duì)象傳入作為其成員變量。當(dāng)程序調(diào)用修飾者對(duì)象的operation函數(shù)時(shí)，修飾者對(duì)象會(huì)先調(diào)用目標(biāo)對(duì)象的operation函數(shù)，然后再調(diào)用自己的addBehavior函數(shù)。這就是類似于AOP的后置增強(qiáng)器，在目標(biāo)對(duì)象的行為之后添加新的行為。

?Spring AOP的實(shí)現(xiàn)原理和修飾者模式類似。在上一篇文章中說(shuō)到AOP的動(dòng)態(tài)代理有兩種實(shí)現(xiàn)方式，分別是JDK Proxy和cglib。

?如下圖所示，JDK Proxy的類結(jié)構(gòu)和上文中修飾者的類圖結(jié)構(gòu)類似，都是代理對(duì)象和目標(biāo)對(duì)象都實(shí)現(xiàn)相同的接口，代理對(duì)象持有目標(biāo)對(duì)象和切面對(duì)象，并且決定目標(biāo)函數(shù)和切面增強(qiáng)函數(shù)的調(diào)用時(shí)機(jī)。
?而cglib的實(shí)現(xiàn)略有不同，它沒(méi)有實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)相同接口，而是代理對(duì)象繼承目標(biāo)對(duì)象類。

?本文后續(xù)就講解一下JDK Proxy的相關(guān)源碼分析。

?JDK提供了Proxy類來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)代理的，可通過(guò)它的newProxyInstance函數(shù)來(lái)獲得代理對(duì)象。JDK還提供了InvocationHandler類，代理對(duì)象的函數(shù)被調(diào)用時(shí)，會(huì)調(diào)用它的invoke函數(shù)，程序員可以在其中實(shí)現(xiàn)所需的邏輯。

?JDK Proxy的基本語(yǔ)法如下所示。先構(gòu)造一個(gè)InvocationHandler 的實(shí)現(xiàn)類，然后調(diào)用Proxy的newProxyInstance 函數(shù)生成代理對(duì)象，傳入類加載器，目標(biāo)對(duì)象的接口和自定義的InvocationHandler實(shí)例。

public class CustomInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Object target;

    public CustomInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("Before invocation");
        Object retVal = method.invoke(target, args);
        System.out.println("After invocation");
        return retVal;
    }
}

CustomInvocationHandler customInvocationHandler = new CustomInvocationHandler(
        helloWord);
//通過(guò)Proxy.newProxyInstance生成代理對(duì)象
ProxyTest proxy = (ProxyTest) Proxy.newProxyInstance(
        ProxyTest.class.getClassLoader(),
       proxyObj.getClass().getInterfaces(), customInvocationHandler);

?我們首先來(lái)看一下Proxy的newProxyInstance函數(shù)。newProxyInstance函數(shù)的邏輯大致如下：

首先根據(jù)傳入的目標(biāo)對(duì)象接口動(dòng)態(tài)生成代理類

然后獲取代理類的構(gòu)造函數(shù)實(shí)例

最后將InvocationHandler作為參數(shù)通過(guò)反射調(diào)用構(gòu)造函數(shù)實(shí)例，生成代理類對(duì)象。

?具體源碼如下所示。

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
                                        Class[] interfaces,
                                        InvocationHandler h)
    throws IllegalArgumentException
{

    final Class[] intfs = interfaces.clone();
    final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
    if (sm != null) {
        checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
    }
    // 1 動(dòng)態(tài)生成代理對(duì)象的類
    Class cl = getProxyClass0(loader, intfs);

    // ... 代碼省略，下邊代碼其實(shí)是在try catch中的
    if (sm != null) {
        checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
    }
    // 2 獲取代理類的構(gòu)造函數(shù)
    final Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
    final InvocationHandler ih = h;
    if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
        AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {
            public Void run() {
                cons.setAccessible(true);
                return null;
            }
        });
    }
    // 3調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，傳入InvocationHandler對(duì)象
    return cons.newInstance(new Object[]{h});
}

?getProxyClass0函數(shù)的源碼如下所示，通過(guò)代理類緩存獲取代理類信息，如果不存在則會(huì)生成代理類。

// 生成代理類
private static Class getProxyClass0(ClassLoader loader,
                                        Class... interfaces) {
    if (interfaces.length > 65535) {
        throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
    }

    // 如果已經(jīng)有Proxy類的緩存則直接返回，否則要進(jìn)行創(chuàng)建
    return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}

?JDK Proxy通過(guò)ProxyClassFactory生成代理類。其apply函數(shù)大致邏輯如下：

校驗(yàn)接口是否符合規(guī)范

生成代理類的名稱和包名

生成代理類字節(jié)碼

根據(jù)字節(jié)碼生成代理類Class

// 生成代理類的工廠類
private static final class ProxyClassFactory
    implements BiFunction[], Class>
{
    // 所有代理類名的前綴
    private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";

    // 生成唯一類名的原子Long對(duì)象
    private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();

    @Override
    public Class apply(ClassLoader loader, Class[] interfaces) {

        Map, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
        for (Class intf : interfaces) {
            // 通過(guò)loader找到接口對(duì)應(yīng)的類信息。
            Class interfaceClass = null;
            try {
                interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
            }
            if (interfaceClass != intf) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    intf + " is not visible from class loader");
            }
            // 判斷找出來(lái)的類確實(shí)是一個(gè)接口
            if (!interfaceClass.isInterface()) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    interfaceClass.getName() + " is not an interface");
            }
            // 判斷接口是否重復(fù)
            if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    "repeated interface: " + interfaceClass.getName());
            }
        }
        // 代理類的包路徑
        String proxyPkg = null;
        int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;

        // 記錄非公開(kāi)的代理接口，以便于生成的代理類和原來(lái)的類在同一個(gè)路徑下。 
        for (Class intf : interfaces) {
            int flags = intf.getModifiers();
            if (!Modifier.isPublic(flags)) {
                accessFlags = Modifier.FINAL;
                String name = intf.getName();
                int n = name.lastIndexOf(".");
                String pkg = ((n == -1) ? "" : name.substring(0, n + 1));
                if (proxyPkg == null) {
                    proxyPkg = pkg;
                } else if (!pkg.equals(proxyPkg)) {
                    throw new IllegalArgumentException(
                        "non-public interfaces from different packages");
                }
            }
        }
        // 如果沒(méi)有非公開(kāi)的Proxy接口，使用com.sun.proxy報(bào)名
        if (proxyPkg == null) {
            proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
        }

        long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
        // 默認(rèn)情況下，代理類的完全限定名為：com.sun.proxy.$Proxy0，$Proxy1……依次遞增  
        String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;

        // 生成代理類字節(jié)碼
        byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
            proxyName, interfaces, accessFlags);
        try {
            // 根據(jù)字節(jié)碼返回相應(yīng)的Class實(shí)例
            return defineClass0(loader, proxyName,
                                proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
        } catch (ClassFormatError e) {
            throw new IllegalArgumentException(e.toString());
        }
    }
}

?其中關(guān)于字節(jié)碼生成的部分邏輯我們就暫時(shí)不深入介紹了，感興趣的同學(xué)可以自行研究。

?我們來(lái)看一下生成的代理類的反編譯代碼。代理類實(shí)現(xiàn)了Object的基礎(chǔ)函數(shù)，比如toString、hasCode和equals ，也實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)接口中定義的函數(shù)，比如說(shuō)ProxyTest接口的test 函數(shù)。

? $Proxy中函數(shù)的實(shí)現(xiàn)都是直接調(diào)用了InvocationHandler 的invoke函數(shù)。

public final class $Proxy0 extends Proxy
  implements ProxyTest 
// 會(huì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)接口，但是由于集成了Proxy，所以無(wú)法再集成其他類
{
  private static Method m1;
  private static Method m0;
  private static Method m3;
  private static Method m2;
  // 構(gòu)造函數(shù)要傳入一個(gè)InvocationHandler對(duì)象
  public $Proxy0(InvocationHandler paramInvocationHandler)
    throws 
  {
    super(paramInvocationHandler);
  }
  // equal函數(shù)
  public final boolean equals(Object paramObject)
    throws 
  {
      try
    {
      return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue();
    }
    catch (RuntimeException localRuntimeException)
    {
      throw localRuntimeException;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
    }
    throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
  }

  public final int hashCode()
    throws 
  {
    try
    {
      return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
    }
    catch (RuntimeException localRuntimeException)
    {
      throw localRuntimeException;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
    }
    throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
  }
  // test函數(shù)，也就是ProxyTest接口中定義的函數(shù)
  public final void test(String paramString)
    throws 
  {
    try
    {
      // 調(diào)用InvocationHandler的invoke函數(shù)
      this.h.invoke(this, m3, new Object[] { paramString });
      return;
    }
    catch (RuntimeException localRuntimeException)
    {
      throw localRuntimeException;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
    }
    throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
  }

  public final String toString()
    throws 
  {
    try
    {
      return (String)this.h.invoke(this, m2, null);
    }
    catch (RuntimeException localRuntimeException)
    {
      throw localRuntimeException;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
    }
    throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
  }
  // 獲取各個(gè)函數(shù)的Method對(duì)象
  static
  {
    try
    {
      m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") });
      m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
      m3 = Class.forName("com.proxy.test2.HelloTest").getMethod("say", new Class[] { Class.forName("java.lang.String") });
      m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
      return;
    }
    catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException)
    {
      throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());
    }
    catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException)
    {
    }
    throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());
  }
}

?下一篇文章就是AOP的源碼分析了，希望大家繼續(xù)關(guān)注。