[Java知识库] 从JDK动态代理一步步推导到MyBatis Plugin插件实现原理

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[Java知识库]从JDK动态代理一步步推导到MyBatis Plugin插件实现原理

一、前言

最近项目上，要做一个日志审计的功能（通用SDK，期望可以在任何项目中使用），需要对Mybatis层所有的DDL操作做拦截，以将微服务的链路ID、执行人、Controller门面方法全部持久化到业务库。借此机会深入研究了一下MyBatis的源码，该篇文章重点在于推导从JDK动态代理如何一步步演变到MyBatis Plugin的实现。

二、JDK动态代理

0> 概述

JDK动态代理：在程序运行时，利用反射机制获取被代理类的字节码内容进而生成一个实现代理接口的匿名类（代理类），在调用具体方法前调用InvokeHandler来处理；

JDK Proxy动态代理的API包在java.lang.reflect下，其核心api包含InvocationHandler（Interface）和Proxy（class）。
Proxy是Java动态代理机制的主类，其提供一组静态方法来为一组接口动态地生成代理类及其对象。
- static InvocationHandler getInvocationHandler(Object proxy) --> 用于获取指定代理对象所关联的调用处理器。
- static Class getProxyClass(ClassLoader loader, Class[] interfaces) --> 用于获取关联于指定类装载器和一组接口的动态代理类的类对象。
- static boolean isProxyClass(Class cl) --> 用于判断指定类对象是否具有一个动态代理类
- static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces, InvocationHandler h) --> 该方法用于为指定类装载器、一组接口及调用处理器生成动态代理类实例。
  
  h:表示当这个动态代理对象在调用方法的时候，会关联到哪一个InvocationHandler对象上。

InvocationHandler是负责连接代理类和委托类的中间类必须要实现的接口。
- 它定义了一个invoke()方法，用于集中处理在动态代理类对象上的方法调用，通常在该方法中实现对委托类的代理访问。

1）优点？

可以方便的对地代理类的函数进行统一的处理，而不用修改这个代理类的函数。
简化了编程工作，提高了软件系统的扩展性。因为Java反射机制可以生成任意类型的动态代理类。
动态代理类的字节码在程序运行时由Java反射机制动态生成，无需程序员手工编写它的源代码。
接口增加一个方法，动态代理类会直接自动成成对应的代理方法。

2）缺点？

JDK Proxy只能对实现了接口的类才能代理，没有接口实现的类，JDK Proxy是无法代理的。

3）实现方式？

1 委托类：JDK动态代理中接口是必须的，要求委托类必须实现某个接口。
2 使用动态代理时，需要定义一个位于代理类与委托类之间的中介类。

这个中介类必须实现InvocationHandler接口；作为调用处理器“拦截”对代理类方法的调动。
1. InvocationHandler接口定义如下：
```
/**
调用处理器
*/
public interface InvocationHandler { 
 
Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args); 
 
} 
```
  1> 当我们调用代理类对象的方法时，这个“调用”会转送到invoke()方法中，代理类对象作为proxy参数传入;
  
  2> 参数method标识了我们具体调用的是代理类的哪个方法;
  
  3> args为这个方法的参数。
2. 中介类：
```
/**
 * 中介类
 * @author Saint
 */
public class MyDynamicProxy implements InvocationHandler {

    /**
     * obj为委托类对象
     */
    private Object obj;
    
    public MyDynamicProxy(Object obj){
        this.obj = obj;
    }
   
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("before");
        
        Object result = method.invoke(obj, args);
        
        System.out.println("after");
        
        return result;
    }
}
```
  1> 我们对代理类中的所有方法的调动都会变为对invoke()的调用，我们可以在invoke()方法中添加统一的处理逻辑（也可以根据method参数对不同的代理类方法做不同的处理）。
  
  2> 中介类通过聚合方式持有委托类对象引用，把外部对invoke的调用最终都转为对委托类对象的调用。
3 代理类通过Proxy.newProxyInstance()方法生成；

总结一下：中介类与委托类构成了静态代理关系，在这个关系中，中介类是代理类，委托类就是委托类；代理类与中介类也构成一个静态代理关系。

4）原理？

动态代理关系由两组静态代理关系组成，这就是动态代理的原理；

实际上，中间类(Proxy)与委托类构成了静态代理关系，在这个关系中，中间类是代理类，委托类是委托类。
然后代理类与中间类也构成一个静态代理关系，在这个关系中，中间类是委托类，代理类是代理类。
通过newProxyInstance()方法获取到代理类实例，然后通过这个代理类实例调用代理类的方法，对代理类的方法的调用实际上都会调用中介类(调用处理器)的invoke()方法，在invoke方法中我们调用委托类的相应方法，并且可以添加自己的处理逻辑。

1> 单纯的动态代理

1）委托类（需要被代理的类）Target

1> Target接口：

/**
 * 委托类（被代理类）接口
 *
 * @author Saint
 */
public interface Target {
    String execute(String name);
}

2> Target实现（具体的委托类）：

/**
 * 委托类（被代理类）实现
 *
 * @author Saint
 */
public class TargetImpl implements Target {
    @Override
    public String execute(String name) {
        System.out.println("impl execute()" + name);
        return name;
    }
}

2）中介(中间)类TargetProxy

/**
 * JDK动态代理：中介(中间)类
 *
 * @author Saint
 */
public class TargetProxy implements InvocationHandler {

    /**
     * target为委托类对象
     */
    private Object target;

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

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("before intercept.......");
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("after intercept.......");
        return result;
    }

    /**
     * 创建代理对象
     *
     * @param target 委托类
     * @return
     */
    public static Object wrap(Object target) {
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), new TargetProxy(target));
    }
}

这里的wrap(Object target)方法用于创建代理对象。

3）测试类（运行结果）

public class MainTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 委托类
        Target target = new TargetImpl();
        // 代理类
        Target targetProxy = (Target) TargetProxy.wrap(target);
        // 实际调用的是代理对象的invoke()方法
        targetProxy.execute("Hello World!");
    }
}

运行结果：

before intercept.......
impl execute()Hello World!
after intercept.......

结果分析：

使用JDK动态代理可以解决问题，实现前置、后置拦截。不过我们要拦截处理的逻辑全部耦合在invoke()方法中，不符合面向对象的思想；想成为一个架构师，必须要抽象起来呀；
尝试设计一个Interceptor接口，需要做什么拦截处理实现接口即可。

2> 抽象出拦截逻辑（增加Interceptor接口）

1）拦截处理逻辑（Interceptor）

Interceptor接口：

/**
 * 抽象拦截器
 *
 * @author Saint
 */
public interface Interceptor {

    /**
     * 具体的拦截处理
     */
    void intercept();
}

Interceptor实现：

日志拦截器

public class LogInterceptor implements Interceptor {
    @Override
    public void intercept() {
        System.out.println("start record log....");
    }
}

事务拦截器

public class TransactionInterceptor implements Interceptor {
    @Override
    public void intercept() {
        System.out.println("start transaction...");
    }
}

2）重写代理类TargetProxy2

增加拦截器处理逻辑；在创建代理类TargetProxy2时添加所有的拦截器；

public class TargetProxy2 implements InvocationHandler {

    /**
     * target为委托类对象
     */
    private Object target;

    /**
     * 拦截器集合
     */
    private List<Interceptor> interceptorList = new ArrayList<>();

    public TargetProxy2(Object target, List<Interceptor> interceptorList) {
        this.target = target;
        this.interceptorList = interceptorList;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        /**
         * 拦截处理
         */
        interceptorList.forEach(Interceptor::intercept);

        Object result = method.invoke(target, args);
        return result;
    }

    /**
     * 创建代理对象
     *
     * @param target 委托类
     * @return
     */
    public static Object wrap(Object target, List<Interceptor> interceptorList) {
        TargetProxy2 targetProxy = new TargetProxy2(target, interceptorList);
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), targetProxy);
    }
}

3）测试类（运行结果）

public class MainTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 委托类
        Target target = new TargetImpl();
        // 所有的拦截器
        List<Interceptor> interceptorList = new ArrayList<>();
        interceptorList.add(new LogInterceptor());
        interceptorList.add(new TransactionInterceptor());
        // 代理类
        Target targetProxy = (Target) TargetProxy2.wrap(target, interceptorList);
        // 实际调用的是代理对象的invoke()方法
        targetProxy.execute("Hello World!");
    }
}

运行结果：

start record log....
start transaction...
impl execute()Hello World!

结果分析：

现在可以实现动态添加拦截器了，也不需要每次都去修改中间类TargetProxy了；
不过我们这里只有前置拦截耶，聪明的你肯定发现了，我可以定义两个在Interceptor接口里定义两个方法啊，一个beforeIntercept()、一个afterIntercept()；
但是这样拦截器无法知道拦截对象的信息；我们需要做进一步的抽象，将拦截对象的信息封装起来，作为拦截器拦截方法的入参；目标对象的真正执行交给拦截器interceptor来完成，这样我们不仅可以实现前后置拦截，还能对拦截对象的参数做一些修改。参考MyBatis源码，我们设计一个Invocation对象。

3> 抽象逻辑器拦截方法入参

1）拦截方法入参：Invocation

/**
 * 拦截器拦截方法入参
 *
 * @author Saint
 */
public class Invocation {

    /**
     * 目标对象（委托类）
     */
    private Object target;

    /**
     * 执行的目标方法
     */
    private Method method;

    /**
     * 执行方法的参数
     */
    private Object[] args;

    public Invocation(Object target, Method method, Object[] args) {
        this.target = target;
        this.method = method;
        this.args = args;
    }

    /**
     * 执行目标对象的方法
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public Object process() throws Exception {
        return method.invoke(target, args);
    }
}

2）修改拦截接口（Interceptor2）

public interface Interceptor2 {

    /**
     * 具体的拦截处理
     */
    Object intercept(Invocation invocation) throws Exception;
}

事务拦截器实现：

public class TransactionInterceptor2 implements Interceptor2 {
    @Override
    public Object intercept(Invocation invocation) throws Exception {
        System.out.println("start transaction...");
        Object result = invocation.process();
        System.out.println("end transaction...");
        return result;
    }
}

3）中介(中间)类TargetProxy3

public class TargetProxy3 implements InvocationHandler {

    /**
     * target为委托类对象
     */
    private Object target;

    /**
     * 拦截器集合
     */
    private Interceptor2 interceptor2;

    public TargetProxy3(Object target, Interceptor2 interceptor2) {
        this.target = target;
        this.interceptor2 = interceptor2;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

        Invocation invocation = new Invocation(target, method, args);
        return interceptor2.intercept(invocation);
    }

    /**
     * 创建代理对象
     *
     * @param target 委托类
     * @return
     */
    public static Object wrap(Object target, Interceptor2 interceptor2) {
        TargetProxy3 targetProxy = new TargetProxy3(target, interceptor2);
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), targetProxy);
    }
}

4）测试类（运行结果）

public class MainTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        // 委托类
        Target target = new TargetImpl();
        // 所有的拦截器
        Interceptor2 transactionInterceptor = new TransactionInterceptor2();
        // 代理类
        Target targetProxy = (Target) TargetProxy3.wrap(target, transactionInterceptor);
        // 实际调用的是代理对象的invoke()方法
        targetProxy.execute("Hello World!");
    }
}

运行结果：

start transaction...
impl execute()Hello World!
end transaction...

结果分析：

此时拦截器已经可以获取到拦截对象的信息；不过这样仿佛又回到了最初的起点，只是将原本写在代理类TargetProxy中的逻辑移到了Interceptor，并且此时拦截器也只有一个；
上面这种做法看着就比较别扭，我们换种方式理解：对于目标类（委托类）而言，它只需要知道它内部被插入了哪些拦截器；
换言之，我们可以把拦截器看做是委托类和代理类的中间类（TargetProxy）的代理类，即中间类执行方法的动作由拦截器负责完成；
针对多个拦截器而言，也可以兼容，实际就是代理嵌套再代理。

4> 拦截器里插入目标对象

1）重写拦截器

public interface Interceptor3 {

    /**
     * 具体的拦截处理
     */
    Object intercept(Invocation invocation) throws Exception;

    /**
     * 插入目标类（即拦截器作用于那个委托类）
     */
    Object plugin(Object target);
}

事务拦截器：

public class TransactionInterceptor3 implements Interceptor3 {
    @Override
    public Object intercept(Invocation invocation) throws Exception {
        System.out.println("start transaction...");
        Object result = invocation.process();
        System.out.println("end transaction...");
        return result;
    }

    @Override
    public Object plugin(Object target) {
        return TargetProxy4.wrap(target, this);
    }
}

日志拦截器：

public class LogInterceptor2 implements Interceptor3 {
    @Override
    public Object intercept(Invocation invocation) throws Exception {
        System.out.println("start record log...");
        Object result = invocation.process();
        System.out.println("end record log...");
        return result;
    }

    @Override
    public Object plugin(Object target) {
        return TargetProxy4.wrap(target, this);
    }
}

2）中间类（TargetProxy4）和3>一样

public class TargetProxy4 implements InvocationHandler {

    /**
     * target为委托类对象
     */
    private Object target;

    /**
     * 拦截器集合
     */
    private Interceptor3 interceptor3;

    public TargetProxy4(Object target, Interceptor3 interceptor3) {
        this.target = target;
        this.interceptor3 = interceptor3;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

        Invocation invocation = new Invocation(target, method, args);
        return interceptor3.intercept(invocation);
    }

    /**
     * 创建代理对象
     *
     * @param target 委托类
     * @return
     */
    public static Object wrap(Object target, Interceptor3 interceptor3) {
        TargetProxy4 targetProxy = new TargetProxy4(target, interceptor3);
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), targetProxy);
    }
}

3）测试类（执行结果）

public class MainTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        // 委托类
        Target target = new TargetImpl();
        // 所有的拦截器
        Interceptor3 transactionInterceptor = new TransactionInterceptor3();
        Interceptor3 logInterceptor = new LogInterceptor2();
        // 由于log拦截器在最后，所以log拦截器先执行
        target = (Target) transactionInterceptor.plugin(target);
        target = (Target) logInterceptor.plugin(target);

        // 实际调用的是代理对象的invoke()方法
        target.execute("Hello World!");
    }
}

执行结果：

start record log...
start transaction...
impl execute()Hello World!
start transaction...
end record log...

结果分析：

最后插入的拦截器先执行；
本质上来讲这就是代理嵌套再代理；

时序图如下：
请添加图片描述
哈哈，感觉这样就很好了撒；不过添加拦截器的方式我们可以再优化一下，我们再利用一下OOP的思想，搞个拦截器链；

5> 拦截器链

紧接着上一种方式，我们再利用责任链模式，将拦截器串起来，搞成一个链；

1）拦截器链（InterceptorChain）

public class InterceptorChain {
    private List<Interceptor3> interceptorList = new ArrayList<>();

    /**
     * 插入所有拦截器
     *
     * @param target
     * @return
     */
    public Object pluginAll(Object target) {
        for (Interceptor3 interceptor : interceptorList) {
            target = interceptor.plugin(target);
        }
        return target;
    }

    public void addInterceptor(Interceptor3 interceptor) {
        interceptorList.add(interceptor);
    }

    /**
     * 返回一个不可修改集合，只能通过addInterceptor方法添加
     *
     * @return
     */
    public List<Interceptor3> getInterceptorList() {
        return Collections.unmodifiableList(interceptorList);
    }
}

这里通过pluginAll()方法包一层，将所有的拦截器插入到目标类中去；

2）测试类（执行结果）

public class MainTest5 {
    public static void main(String[] args) {
        // 委托类
        Target target = new TargetImpl();
        // 所有的拦截器
        Interceptor3 transactionInterceptor = new TransactionInterceptor3();
        Interceptor3 logInterceptor = new LogInterceptor2();
        InterceptorChain interceptorChain = new InterceptorChain();
        interceptorChain.addInterceptor(transactionInterceptor);
        interceptorChain.addInterceptor(logInterceptor);
        // 由于log拦截器在最后，所以log拦截器先执行
        target = (Target) interceptorChain.pluginAll(target);
        // 实际调用的是代理对象的invoke()方法
        target.execute("Hello World!");
    }
}

执行结果：

start record log...
start transaction...
impl execute()Hello World!
end transaction...
end record log...

结果分析：

不分析了，到这也就结束了。

三、MyBatis Plugin插件

在MyBatis Plugin源码中我们可以看到，基本和我们上面推导的最后一种方式一样，其中Plugin相当于我们的TargetProxy。
在这里插入图片描述
对于MyBatis插件的源码分析，且听下文分解。

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