Java核心技术卷I：基础知识(原书第8版):6.5 代理

最新推荐文章于 2020-04-17 14:29:25 发布

铁文

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本文深入介绍了Java SE 1.3引入的代理机制，探讨了如何在运行时创建实现指定接口的新类，解释了代理类的构造过程及特性，并通过示例展示了如何使用代理来跟踪方法调用。

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铁文整理

6.5 代理

在本章的最后，讨论一下代理，这是Java SE 1.3新增加的特性。利用代理可以在运行时创建一个实现了一组给定接口的新类。这种功能只有在编译时无法确定需要实现哪个接口时才有必要使用。对于应用程序设计人员来说，遇到这种情况的机会很少。如果对这种高级技术不感兴趣，可以跳过本节内容。然而，对于系统程序设计人员来说，代理带来的灵活性却十分重要。

假设有一个表示接口的Class对象（有可能只包含一个接口），它的确切类型在编译时无法知道，这确实有些难度。要想构造一个实现这些接口的类，就需要使用newInstance方法或反射找出这个类的构造器。但是，不能实例化一个接口，需要在程序处于运行状态时定义一个新类。

为了解决这个问题，有些程序将会生成代码，将这些代码放置在一个文件中，调用编译器，然后再加载结果类文件。很自然，这样做的速度会比较慢，并且需要将编译器与程序放在一起。而代理机制则是一种更好的解决方案。代理类可以在运行时创建全新的类。这样的代理类能够实现指定的接口。尤其是，它具有下列方法：

指定接口所需要的全部方法。
Object类中的全部方法，例如，toString、equals等。

然而，不能在运行时定义这些方法的新代码。而是要提供一个调用处理器。调用处理器是实现了InvocationHandler接口的类对象。在这个接口中只有一个方法：

Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)

无论何时调用代理对象的方法，调用处理器的invoke方法都会被调用，并向其传递Method对象和原始的调用参数。调用处理器必须给出处理调用的方式。

要想创建一个代理对象，需要使用Proxy类的newProxyInstance方法。这个方法有三个参数：

一个类加载器。作为Java安全模型的一部分，对于系统类和从因特网上下载下来的类，可以使用不同的类加载器。有关类加载器的详细内容将在卷II第9章中讨论。目前，用null表示使用默认的类加载器。
一个Class对象数组，每个元素都是需要实现的接口。
一个调用处理器。

还有两个需要解决的问题。如何定义一个处理器？能够用结果代理对象做些什么？当然，这两个问题的答案取决于打算使用代理机制解决什么问题。使用代理可能出于很多原因，例如：

路由对远程服务器的方法调用。
在程序运行期间，将用户接口事件与动作关联起来。
为调试，跟踪方法调用。

在列举的示例中，使用代理和调用处理器跟踪方法调用，并且定义了一个TraceHander包装器类存储包装的对象。其中的invoke方法打印出被调用方法的名字和参数，随后用包装好的对象作为隐式参数调用这个方法。

class TraceHandler implements InvocationHandler {

public TraceHandler(Object t) {

target = t;

}

public Object invoke(Object proxy, Method m, Object[] args) throws Throwable {

// print method name and arguments ...

// invoke actual method

return m.invoke(target, args);

}

private Object target;

}

下面说明一下如何构造用于跟踪方法调用的代理对象。

Object value = ...;

// construct wrapper

InvocationHandler handler = new TraceHandler(value);

// onstruct proxy for one or more interfaces

Class[] interfaces = new Class[] { Comparable.class };

Object proxy = Proxy.newProxyInstance(null, interfaces, handler);

现在，无论何时用proxy调用某个方法，这个方法的名字和参数就会打印出来，之后再用value调用它。

在例6-7给出的程序中，使用代理对象对二分査找进行跟踪。这里，首先将用1〜1000整数的代理填充数组，然后调用Arrays类中的binarySearch方法在数组中査找一个随机整数，最后，打印出与之匹配的元素。

Object[] elements = new Object[1000];

// fill elements with proxies for the integers 1 ... 1000

for (int i = 0; i < elements.length; i++) {

Integer value = i + 1;

elements[i] = Proxy.newProxyInstance(...); // proxy for value

}

// construct a random integer

Integer key = new Random().nextInt(elements.length) + 1;

// search for the key

int result = Arrays.binarySearch(elements, key);

// print match if found

if (result >= 0)

System.out.println(elements[result]);

在上述代码中，Integer类实现了Comparable接口。代理对象属于在运行时定义的类（它有一个名字，如$Proxy0）。这个类也实现了Comparable接口。然而，它的compareTo方法调用了代理对象处理器的invoke方法。

注释：前面已经讲过，在Java SE 5.0中，Integer类实际上实现了Comparable<Integer>。然而，在运行时，所有的泛型类都被取消，代理将它们构造为原Comparable类的类对象。

binarySearch方法按下面这种方式调用：

if (elements[i].compareTo(key) < 0) ...

由于数组中填充了代理对象，所以compareTo调用了TraceHandler类中的invoke方法。这个方法打印出了方法名和参数，之后用包装好的Integer对象调用compareTo。

最后，在示例程序的结尾调用：

System.out.println(elements[result]);

println方法调用代理对象的toString，这个调用也会被重定向到调用处理器上，下面是程序运行的全部跟踪结果：……

可以看出，二分査找算法査找关键字的过程，即每一步都将査找区间缩减一半。注意，即使不属于Comparable接口，toString方法也被代理。在下一节中会看到，有相当一部分的Object方法都被代理。

例6-7 ProxyTest.java

import java.lang.reflect.*;

import java.util.*;

/**

* This program demonstrates the use of proxies.

* @version 1.00 2000-04-13

* @author Cay Horstmann

public class ProxyTest {

public static void main(String[] args) {

Object[] elements = new Object[1000];

// fill elements with proxies for the integers 1 ... 1000

for (int i = 0; i < elements.length; i++) {

Integer value = i + 1;

InvocationHandler handler = new TraceHandler(value);

Object proxy = Proxy.newProxyInstance(null,

new Class[] { Comparable.class }, handler);

elements[i] = proxy;

}

// construct a random integer

Integer key = new Random().nextInt(elements.length) + 1;

// search for the key

int result = Arrays.binarySearch(elements, key);

// print match if found

if (result >= 0)

System.out.println(elements[result]);

}

/**

* An invocation handler that prints out the method name and parameters, then

* invokes the original method

class TraceHandler implements InvocationHandler {

/**

* Constructs a TraceHandler

* @param t

* the implicit parameter of the method call

public TraceHandler(Object t) {

target = t;

}

public Object invoke(Object proxy, Method m, Object[] args) throws Throwable {

// print implicit argument

System.out.print(target);

// print method name

System.out.print("." + m.getName() + "(");

// print explicit arguments

if (args != null) {

for (int i = 0; i < args.length; i++) {

System.out.print(args[i]);

if (i < args.length - 1)

System.out.print(", ");

}

System.out.println(")");

// invoke actual method

return m.invoke(target, args);

}

private Object target;

}

代理类的特性

现在，我们已经看到了代理类的应用。接下来了解它们的一些特性。需要记住，代理类是在程序运行过程中创建的。然而，一旦被创建，就变成了常规类，与虚拟机中的任何其他类没有什么区别。

所有的代理类都扩展于Proxy类。一个代理类只有一个实例域——调用处理器，它定义在Proxy的超类中。为了履行代理对象的职责，所需要的任何附加数据都必须存储在调用处理器中，例如，在例6-7给出的程序中，代理Comparable对象时，TraceHandler包装了实际的对象。

所有的代理类都覆盖了OBject类中的方法toString、equals和hashCode，如同所有的代理方法一样，这些方法仅仅调用了调用处理器的invoke。Object类中的其他方法（如clone和getClass）没有被重新定义。

没有定义代理类的名字，Sun虚拟机中的Proxy类将生成一个以字符串$Proxy开头的类名。

对于特定的类加载器和预设的一组接口来说，只能有一个代理类。也就是说，如果使用同一个类加载器和接口数组调用两次newProxyInstance方法的话，那么只能够得到同一个类的两个对象，也可以利用getProxyClass方法获得这个类：

Class proxyClass = Proxy.getProxyClass(null, interfaces);

代理类一定是public和final。如果代理类实现的所有接口都是public，代理类就不属于某个特定的包；否则，所有非公有的接口都必须属于同一个包，同时，代理类也属于这个包。

可以通过调用Proxy类中的isProxyClass方法检测一个特定的Class对象是否代表一个代理类。

API：java.lang.reflect.InvocationHandler 1.3

Object invoke(Object proxy, Method method, ObJect[] args)：定义了代理对象调用方法时希望执行的动怍。

API：java.lang.reflect.Proxy 1.3

static Class getProxyClass(ClassLoader loader, Class[] interfaces)：返回实现指定接口的代理类。
static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces, InvocationHandler handler)：构造一个实现指定接口的代理类的实例。所有方法都将调用给定处理器对象的invoke方法。
static boolean isProxyClass(Class c)：如果c是一个代理类返回true。