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IT智行领袖 2024-10-23 22:21:47

文章标签 java core编程代理类 System 方法调用 文章分类 Java 后端开发

▲ 接口
▲ 接口示例
▲ lambda 表达式
▲ 内部类
▲ 代理

6.1 接口

6.2 接口示例

6.3 lambda 表达式

6.4 内部类

6.5 代理

在本章的最后，讨论一下代理（proxy）。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。

6.5.1 何时使用代理

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 newlnstance 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（ invocation handler)。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。

6.5.2 创建代理对象

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

一个类加栽器（class loader) 。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。

在示例程序中，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
{
	private Object target;
	
	public TraceHandler(Object t) {
		target = t;
	}
	public Object invoke(Object proxy, Method m, Object[] args) throws Throwable
	{ 
		// print method name and parameters
		...
		// invoke actual method
		return m.invoke(target , args);
	}
}

下面说明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) ; 
// construct 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。

在程序清单 6-10 给出的程序中，使用代理对象对二分查找进行跟踪。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 方法在数组中查找一个随机整数。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;
    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]);

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：
500.compareTo(288)
250.compareTo(288)
375.compareTo(288)
312.compareTo(288)
281.compareTo(288)
296.compareTo(288)
288.compareTo(288)
288.toString()

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。

程序清单 6-10 proxy/ProxyTest.java

package proxy;

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
{
   private Object target;

   /**
    * 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);
   }
}

6.5.3 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，在程序清单 6-10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作。

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)
构造实现指定接口的代理类的一个新实例。
所有方法会调用给定处理器对象的 invoke 方法。
static boolean isProxyClass(Class<?> cl)
如果 cl 是一个代理类则返回 true。

到此为止，Java 程序设计语言的基础概念介绍完毕了。接口、lambda 表达式和内部类是经常使用的几个概念。然而，前面已经提到过，克隆和代理是库设计者和工具构造者感兴趣的高级技术，对应用程序员来说，它们并不十分重要。下面准备在第 7 章学习如何处理程序中的异常情况。

参考：
Java核心技术卷一基础知识第10版

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