第6讲 动态代理是基于什么原理？

编程语言通常有各种不同的分类角度，动态类型和静态类型就是其中一种分类角度，简单区分就是语言类型信息是在运行时检查，还是编译期检查。

与其近似的还有一个对比，就是所谓强类型和弱类型，就是不同类型变量赋值时，是否需要显式地（强制）进行类型转换。

那么，如何分类Java语言呢？通常认为，Java是静态的强类型语言，但是因为提供了类似反射等机制，也具备了部分动态类型语言的能力。

言归正传，今天我要问你的问题是，谈谈Java反射机制，动态代理是基于什么原理？

典型回答

反射机制是Java语言提供的一种基础功能，赋予程序在运行时自省（introspect，官方用语）的能力。通过反射我们可以直接操作类或者对象，比如获取某个对象的类定义，获取类声明的属性和方法，调用方法或者构造对象，甚至可以运行时修改类定义。

动态代理是一种方便运行时动态构建代理、动态处理代理方法调用的机制，很多场景都是利用类似机制做到的，比如用来包装RPC调用、面向切面的编程（AOP）。

实现动态代理的方式很多，比如JDK自身提供的动态代理，就是主要利用了上面提到的反射机制。还有其他的实现方式，比如利用传说中更高性能的字节码操作机制，类似ASM、cglib（基于ASM）、Javassist等。

考点分析

这个题目给我的第一印象是稍微有点诱导的嫌疑，可能会下意识地以为动态代理就是利用反射机制实现的，这么说也不算错但稍微有些不全面。功能才是目的，实现的方法有很多。总的来说，这道题目考察的是Java语言的另外一种基础机制： 反射，它就像是一种魔法，引入运行时自省能力，赋予了Java语言令人意外的活力，通过运行时操作元数据或对象，Java可以灵活地操作运行时才能确定的信息。而动态代理，则是延伸出来的一种广泛应用于产品开发中的技术，很多繁琐的重复编程，都可以被动态代理机制优雅地解决。

从考察知识点的角度，这道题涉及的知识点比较庞杂，所以面试官能够扩展或者深挖的内容非常多，比如：

• 考察你对反射机制的了解和掌握程度。
• 动态代理解决了什么问题，在你业务系统中的应用场景是什么？
• JDK动态代理在设计和实现上与cglib等方式有什么不同，进而如何取舍？

这些考点似乎不是短短一篇文章能够囊括的，我会在知识扩展部分尽量梳理一下。

知识扩展

1.反射机制及其演进

对于Java语言的反射机制本身，如果你去看一下java.lang或java.lang.reflect包下的相关抽象，就会有一个很直观的印象了。Class、Field、Method、Constructor等，这些完全就是我们去操作类和对象的元数据对应。反射各种典型用例的编程，相信有太多文章或书籍进行过详细的介绍，我就不再赘述了，至少你需要掌握基本场景编程，这里是官方提供的参考文档：https://docs.oracle.com/javase/tutorial/reflect/index.html 。

关于反射，有一点我需要特意提一下，就是反射提供的AccessibleObject.setAccessible​(boolean flag)。它的子类也大都重写了这个方法，这里的所谓accessible可以理解成修饰成员的public、protected、private，这意味着我们可以在运行时修改成员访问限制！

setAccessible的应用场景非常普遍，遍布我们的日常开发、测试、依赖注入等各种框架中。比如，在O/R Mapping框架中，我们为一个Java实体对象，运行时自动生成setter、getter的逻辑，这是加载或者持久化数据非常必要的，框架通常可以利用反射做这个事情，而不需要开发者手动写类似的重复代码。

另一个典型场景就是绕过API访问控制。我们日常开发时可能被迫要调用内部API去做些事情，比如，自定义的高性能NIO框架需要显式地释放DirectBuffer，使用反射绕开限制是一种常见办法。

但是，在Java 9以后，这个方法的使用可能会存在一些争议，因为Jigsaw项目新增的模块化系统，出于强封装性的考虑，对反射访问进行了限制。Jigsaw引入了所谓Open的概念，只有当被反射操作的模块和指定的包对反射调用者模块Open，才能使用setAccessible；否则，被认为是不合法（illegal）操作。如果我们的实体类是定义在模块里面，我们需要在模块描述符中明确声明：

module MyEntities {
    // Open for reflection
    opens com.mycorp to java.persistence;
}

因为反射机制使用广泛，根据社区讨论，目前，Java 9仍然保留了兼容Java 8的行为，但是很有可能在未来版本，完全启用前面提到的针对setAccessible的限制，即只有当被反射操作的模块和指定的包对反射调用者模块Open，才能使用setAccessible，我们可以使用下面参数显式设置。

--illegal-access={ permit | warn | deny }

2.动态代理

前面的问题问到了动态代理，我们一起看看，它到底是解决什么问题？

首先，它是一个代理机制。如果熟悉设计模式中的代理模式，我们会知道，代理可以看作是对调用目标的一个包装，这样我们对目标代码的调用不是直接发生的，而是通过代理完成。其实很多动态代理场景，我认为也可以看作是装饰器（Decorator）模式的应用，我会在后面的专栏设计模式主题予以补充。

通过代理可以让调用者与实现者之间解耦。比如进行RPC调用，框架内部的寻址、序列化、反序列化等，对于调用者往往是没有太大意义的，通过代理，可以提供更加友善的界面。

代理的发展经历了静态到动态的过程，源于静态代理引入的额外工作。类似早期的RMI之类古董技术，还需要rmic之类工具生成静态stub等各种文件，增加了很多繁琐的准备工作，而这又和我们的业务逻辑没有关系。利用动态代理机制，相应的stub等类，可以在运行时生成，对应的调用操作也是动态完成，极大地提高了我们的生产力。改进后的RMI已经不再需要手动去准备这些了，虽然它仍然是相对古老落后的技术，未来也许会逐步被移除。

这么说可能不够直观，我们可以看JDK动态代理的一个简单例子。下面只是加了一句print，在生产系统中，我们可以轻松扩展类似逻辑进行诊断、限流等。

public class MyDynamicProxy {
    public static  void main (String[] args) {
        HelloImpl hello = new HelloImpl();
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler(hello);
        // 构造代码实例
        Hello proxyHello = (Hello) Proxy.newProxyInstance(HelloImpl.class.getClassLoader(), HelloImpl.class.getInterfaces(), handler);
        // 调用代理方法
        proxyHello.sayHello();
    }
}
interface Hello {
    void sayHello();
}
class HelloImpl implements  Hello {
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello World");
    }
}
 class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Object target;
    public MyInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
            throws Throwable {
        System.out.println("Invoking sayHello");
        Object result = method.invoke(target, args);
        return result;
    }
}

上面的JDK Proxy例子，非常简单地实现了动态代理的构建和代理操作。首先，实现对应的InvocationHandler；然后，以接口Hello为纽带，为被调用目标构建代理对象，进而应用程序就可以使用代理对象间接运行调用目标的逻辑，代理为应用插入额外逻辑（这里是println）提供了便利的入口。

从API设计和实现的角度，这种实现仍然有局限性，因为它是以接口为中心的，相当于添加了一种对于被调用者没有太大意义的限制。我们实例化的是Proxy对象，而不是真正的被调用类型，这在实践中还是可能带来各种不便和能力退化。

如果被调用者没有实现接口，而我们还是希望利用动态代理机制，那么可以考虑其他方式。我们知道Spring AOP支持两种模式的动态代理，JDK Proxy或者cglib，如果我们选择cglib方式，你会发现对接口的依赖被克服了。

cglib动态代理采取的是创建目标类的子类的方式，因为是子类化，我们可以达到近似使用被调用者本身的效果。在Spring编程中，框架通常会处理这种情况，当然我们也可以显式指定。关于类似方案的实现细节，我就不再详细讨论了。

那我们在开发中怎样选择呢？我来简单对比下两种方式各自优势。

JDK Proxy的优势：

• 最小化依赖关系，减少依赖意味着简化开发和维护，JDK本身的支持，可能比cglib更加可靠。
• 平滑进行JDK版本升级，而字节码类库通常需要进行更新以保证在新版Java上能够使用。
• 代码实现简单。

基于类似cglib框架的优势：

• 有的时候调用目标可能不便实现额外接口，从某种角度看，限定调用者实现接口是有些侵入性的实践，类似cglib动态代理就没有这种限制。
• 只操作我们关心的类，而不必为其他相关类增加工作量。
• 高性能。

另外，从性能角度，我想补充几句。记得有人曾经得出结论说JDK Proxy比cglib或者Javassist慢几十倍。坦白说，不去争论具体的benchmark细节，在主流JDK版本中，JDK Proxy在典型场景可以提供对等的性能水平，数量级的差距基本上不是广泛存在的。而且，反射机制性能在现代JDK中，自身已经得到了极大的改进和优化，同时，JDK很多功能也不完全是反射，同样使用了ASM进行字节码操作。

我们在选型中，性能未必是唯一考量，可靠性、可维护性、编程工作量等往往是更主要的考虑因素，毕竟标准类库和反射编程的门槛要低得多，代码量也是更加可控的，如果我们比较下不同开源项目在动态代理开发上的投入，也能看到这一点。

动态代理应用非常广泛，虽然最初多是因为RPC等使用进入我们视线，但是动态代理的使用场景远远不仅如此，它完美符合Spring AOP等切面编程。我在后面的专栏还会进一步详细分析AOP的目的和能力。简单来说它可以看作是对OOP的一个补充，因为OOP对于跨越不同对象或类的分散、纠缠逻辑表现力不够，比如在不同模块的特定阶段做一些事情，类似日志、用户鉴权、全局性异常处理、性能监控，甚至事务处理等，你可以参考下面这张图。

AOP通过（动态）代理机制可以让开发者从这些繁琐事项中抽身出来，大幅度提高了代码的抽象程度和复用度。从逻辑上来说，我们在软件设计和实现中的类似代理，如Facade、Observer等很多设计目的，都可以通过动态代理优雅地实现。

今天我简要回顾了反射机制，谈了反射在Java语言演进中正在发生的变化，并且进一步探讨了动态代理机制和相关的切面编程，分析了其解决的问题，并探讨了生产实践中的选择考量。

一课一练

关于今天我们讨论的题目你做到心中有数了吗？留一道思考题给你，你在工作中哪些场景使用到了动态代理？相应选择了什么实现技术？选择的依据是什么？

请你在留言区写写你对这个问题的思考，我会选出经过认真思考的留言，送给你一份学习鼓励金，欢迎你与我一起讨论。

你的朋友是不是也在准备面试呢？你可以“请朋友读”，把今天的题目分享给好友，或许你能帮到他。

精选留言（15）

• 肖一林 👍（673） 💬（16）

  提一些建议：应该从两条线讲这个问题，一条从代理模式，一条从反射机制。不要老担心篇幅限制讲不清问题，废话砍掉一些，深层次的内在原理多讲些（比如asm），容易自学的扩展知识可以用链接代替 代理模式（通过代理静默地解决一些业务无关的问题，比如远程、安全、事务、日志、资源关闭……让应用开发者可以只关心他的业务）     静态代理：事先写好代理类，可以手工编写，也可以用工具生成。缺点是每个业务类都要对应一个代理类，非常不灵活。     动态代理：运行时自动生成代理对象。缺点是生成代理代理对象和调用代理方法都要额外花费时间。         JDK动态代理：基于Java反射机制实现，必须要实现了接口的业务类才能用这种办法生成代理对象。新版本也开始结合ASM机制。         cglib动态代理：基于ASM机制实现，通过生成业务类的子类作为代理类。 Java 发射机制的常见应用：动态代理（AOP、RPC）、提供第三方开发者扩展能力（Servlet容器，JDBC连接）、第三方组件创建对象（DI）…… 我水平比较菜，希望多学点东西，希望比免费知识层次更深些，也不光是为了面试，所以提提建议。

  2018-05-17


• 云学 👍（66） 💬（7）

  看了好多篇文章，总体感觉是比较累，无论读者是否具有java背景，都应该让他看懂，而不是越看越糊涂，疑问反而更多了

  2018-06-09


• Douglas 👍（34） 💬（1）

  好像和啥原理没啥关系吧，总结来说就是jdk 自身的反射机制或用第三方库，哪哪看到的都这样说，一笔带过

  2018-05-17


• bigfish 👍（20） 💬（2）

  本来资质愚笨，看不懂很多东西的原理.想进来学习一下，jdk动态代理的原理和cglib代理原理等一些原理性的东西（其他章节也是如此）.发现听到原理性的东西不多都是一带而过.其实您做的课件针对很多点都是一带而过，听到某个名词一下来了兴趣继续一听结束了.我们都知道Java很大很多可以研究的，其实我们想听的很多是一些点的原理，讲完原理在结合实际应用阐述一下.也许我们就会有些豁然明朗的感觉.希望能理解一下！！！

  2018-07-08


• 正光 👍（17） 💬（3）

  整体感觉讲的太浅，水上漂的感觉

  2018-08-04


• Geek_zbvt62 👍（13） 💬（1）

  先回答问题： 99%的Java程序员应该都间接使用了AOP。自己项目里直接编写的，比如调用追踪，通用日志， 自动重试 反射和AOP真是双刃剑效果拔群的技术。从MVC开始约定胜过配置的开发理念大行其道，ORM自动映射，plugin模式，到现在的spring + boot +cloud 的declarative编程大量基于此实现，可以说没有反射和AOP就没有Java的今天。反面就是，自己想进行定制化的改造封装真挺苦逼 再提问题： 1. 听到过个说法，反射慢因为一是获取Field，Method等要进行元数据的查找，这里有字符串匹配操作。二是Invoke时，要进行一些安全性上的检查。这种说法对么？JVM在解释执行的时候就不做一些操作内存操作的检查了么？如果不对，那原因是什么？还有没有其他？ 2. 以前写C#的，里面可以拼表达式树，运行时生成一个函数（不需要有对象），理论上性能是和手写代码一样的，但可以缓存起来。这解决的是手写中间代码太难的问题。请问Java有这种类似的功能嘛？

  2018-05-17


• THROW 👍（10） 💬（1）

  老师可以在分享结束时推荐一些好的文章，书籍甚至演讲之类的么？

  2018-05-17


• 灰飞灰猪不会灰飞.烟灭 👍（4） 💬（1）

  cglib是怎么实现对目标对象的拦截的呢？

  2018-05-17


• 蒙奇D路飞 👍（2） 💬（1）

  感觉细节层面缺少具体描述，希望后续对底层原理的描述更细致些~

  2018-05-28


• 陈坤 👍（1） 💬（1）

  说的很多都是表层的！比如可以针对cglib，深入讲讲原理

  2018-11-23


• 锅盖 👍（1） 💬（1）

  确实只是个概述 没涉及到原理 希望可以深入些

  2018-07-25


• 龙猫 👍（1） 💬（1）

  我们使用spring中的aspect来成权限控制，通过切点表达式和注解以更加细粒度的方式控制。

  2018-05-18


• OnE 👍（1） 💬（1）

  为什么JDK Proxy是基于反射实现的呢？这其中有啥考量呢？为什么不基于其他呢？

  2018-05-17


• free zyq 👍（0） 💬（1）

  老师您好，文章中提到：“反射可以运行时修改类定义”。我查阅了一些资料，我认为除了字节码工具（javaassist,asm等）其他途径（例如反射）是无法修改类的定义的（类的定义包含的是方法的行为和属性的类型和数目） 参考资料： https://stackoverflow.com/questions/20817033/using-reflection-to-modify-the-structure-of-an-object

  2019-02-08


• larry 👍（0） 💬（1）

  哪个单独章节覆盖了ASM字节码操作？

  2019-01-18