Spring进阶 - Spring AOP实现原理详解之Cglib代理实现

Abel sun2022年12月24日

Spring

约 2918 字大约 10 分钟

Spring进阶 - Spring AOP实现原理详解之Cglib代理实现

我们在前文中已经介绍了SpringAOP的切面实现和创建动态代理的过程，那么动态代理是如何工作的呢？本文主要介绍Cglib动态代理的案例和SpringAOP实现的原理。

1. 引入

我们在前文中已经介绍了SpringAOP的切面实现和创建动态代理的过程，那么动态代理是如何工作的呢？本文主要介绍Cglib动态代理的案例和SpringAOP实现的原理。

要了解动态代理是如何工作的，首先需要了解

什么是代理模式？
什么是动态代理？
什么是Cglib？
SpringAOP和Cglib是什么关系？

1.1 动态代理要解决什么问题？

1.1.1 什么是代理？

代理模式(Proxy pattern): 为另一个对象提供一个替身或占位符以控制对这个对象的访问

举个简单的例子：

我(client)如果要买(doOperation)房，可以找中介(proxy)买房，中介直接和卖方(target)买房。中介和卖方都实现买卖(doOperation)的操作。中介就是代理(proxy)。

1.1.2 什么是动态代理？

动态代理就是，在程序运行期，创建目标对象的代理对象，并对目标对象中的方法进行功能性增强的一种技术。

在生成代理对象的过程中，目标对象不变，代理对象中的方法是目标对象方法的增强方法。可以理解为运行期间，对象中方法的动态拦截，在拦截方法的前后执行功能操作。

1.2 什么是Cglib? SpringAOP和Cglib是什么关系？

Cglib是一个强大的、高性能的代码生成包，它广泛被许多AOP框架使用，为他们提供方法的拦截。

最底层是字节码，字节码相关的知识请参考 JVM基础 - 类字节码详解open in new window
ASM是操作字节码的工具
cglib基于ASM字节码工具操作字节码（即动态生成代理，对方法进行增强）
SpringAOP基于cglib进行封装，实现cglib方式的动态代理

2. cglib简介

2.1 为什么引入cglib

JDK的动态代理存在限制，那就是被代理的类必须是一个实现了接口的类，代理类需要实现相同的接口，代理接口中声明的方法。若需要代理的类没有实现接口，此时JDK的动态代理将没有办法使用，于是Spring会使用CGLib的动态代理来生成代理对象。CGLib直接操作字节码，生成类的子类，重写类的方法完成代理。

2.2 cglib 实现原理

CGLib实现动态代理的原理是，底层采用了ASM字节码生成框架，直接对需要代理的类的字节码进行操作，生成这个类的一个子类，并重写了类的所有可以重写的方法，在重写的过程中，将我们定义的额外的逻辑（简单理解为Spring中的切面）织入到方法中，对方法进行了增强。而通过字节码操作生成的代理类，和我们自己编写并编译后的类没有太大区别。

2.3 优点

使用CGLib代理的类，不需要实现接口，因为CGLib生成的代理类是直接继承自需要被代理的类；
CGLib生成的代理类是原来那个类的子类，这就意味着这个代理类可以为原来那个类中，所有能够被子类重写的方法进行代理；
CGLib生成的代理类，和我们自己编写并编译的类没有太大区别，对方法的调用和直接调用普通类的方式一致，所以CGLib执行代理方法的效率要高于JDK的动态代理；

2.4 缺点

由于CGLib的代理类使用的是继承，这也就意味着如果需要被代理的类是一个final类，则无法使用CGLib代理；
由于CGLib实现代理方法的方式是重写父类的方法，所以无法对final方法，或者private方法进行代理，因为子类无法重写这些方法；
CGLib生成代理类的方式是通过操作字节码，这种方式生成代理类的速度要比JDK通过反射生成代理类的速度更慢；

3. Cglib代理的案例

这里我们写一个使用cglib的简单例子。

3.1 pom包依赖

引入cglib的依赖包

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>tech-pdai-spring-demos</artifactId>
        <groupId>tech.pdai</groupId>
        <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <artifactId>007-spring-framework-demo-aop-proxy-cglib</artifactId>

    <properties>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
    </properties>

    <dependencies>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/cglib/cglib -->
        <dependency>
            <groupId>cglib</groupId>
            <artifactId>cglib</artifactId>
            <version>3.3.0</version>
        </dependency>
    </dependencies>

</project>

3.2 定义实体

User

package tech.pdai.springframework.entity;

/**
 * @author pdai
 */
public class User {

    /**
     * user's name.
     */
    private String name;

    /**
     * user's age.
     */
    private int age;

    /**
     * init.
     *
     * @param name name
     * @param age  age
     */
    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

3.3 被代理的类

即目标类, 对被代理的类中的方法进行增强

package tech.pdai.springframework.service;

import java.util.Collections;
import java.util.List;

import tech.pdai.springframework.entity.User;

/**
 * @author pdai
 */
public class UserServiceImpl {

    /**
     * find user list.
     *
     * @return user list
     */
    public List<User> findUserList() {
        return Collections.singletonList(new User("pdai", 18));
    }

    /**
     * add user
     */
    public void addUser() {
        // do something
    }

}

3.4 cglib代理

cglib代理类，需要实现MethodInterceptor接口，并指定代理目标类target

package tech.pdai.springframework.proxy;

import java.lang.reflect.Method;

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

/**
 * This class is for proxy demo.
 *
 * @author pdai
 */
public class UserLogProxy implements MethodInterceptor {

    /**
     * 业务类对象，供代理方法中进行真正的业务方法调用
     */
    private Object target;

    public Object getUserLogProxy(Object target) {
        //给业务对象赋值
        this.target = target;
        //创建加强器，用来创建动态代理类
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        //为加强器指定要代理的业务类（即：为下面生成的代理类指定父类）
        enhancer.setSuperclass(this.target.getClass());
        //设置回调：对于代理类上所有方法的调用，都会调用CallBack，而Callback则需要实现intercept()方法进行拦
        enhancer.setCallback(this);
        // 创建动态代理类对象并返回
        return enhancer.create();
    }

    // 实现回调方法
    @Override
    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
        // log - before method
        System.out.println("[before] execute method: " + method.getName());

        // call method
        Object result = proxy.invokeSuper(obj, args);

        // log - after method
        System.out.println("[after] execute method: " + method.getName() + ", return value: " + result);
        return null;
    }
}

3.5 使用代理

启动类中指定代理目标并执行。

package tech.pdai.springframework;

import tech.pdai.springframework.proxy.UserLogProxy;
import tech.pdai.springframework.service.UserServiceImpl;

/**
 * Cglib proxy demo.
 *
 * @author pdai
 */
public class ProxyDemo {

    /**
     * main interface.
     *
     * @param args args
     */
    public static void main(String[] args) {
        // proxy
        UserServiceImpl userService = (UserServiceImpl) new UserLogProxy().getUserLogProxy(new UserServiceImpl());

        // call methods
        userService.findUserList();
        userService.addUser();
    }
}

2.6 简单测试

我们启动上述类main 函数，执行的结果如下：

[before] execute method: findUserList
[after] execute method: findUserList, return value: [User{name='pdai', age=18}]
[before] execute method: addUser
[after] execute method: addUser, return value: null

4. Cglib代理的流程

我们把上述Demo的主要流程画出来，你便能很快理解

更多细节：

在上图中，我们可以通过在Enhancer中配置更多的参数来控制代理的行为，比如如果只希望增强这个类中的一个方法（而不是所有方法），那就增加callbackFilter来对目标类中方法进行过滤；Enhancer可以有更多的参数类配置其行为，不过我们在学习上述主要的流程就够了。
final方法为什么不能被代理？很显然final方法没法被子类覆盖，当然不能代理了。
Mockito为什么不能mock静态方法？因为mockito也是基于cglib动态代理来实现的，static方法也不能被子类覆盖，所以显然不能mock。但PowerMock可以mock静态方法，因为它直接在bytecode上工作，更多可以看Mockito单元测试open in new window。（pdai: 通了没？是不是so easy...）

5. SpringAOP中Cglib代理的实现

SpringAOP封装了cglib，通过其进行动态代理的创建。

我们看下CglibAopProxy的getProxy方法

@Override
public Object getProxy() {
  return getProxy(null);
}

@Override
public Object getProxy(@Nullable ClassLoader classLoader) {
  if (logger.isTraceEnabled()) {
    logger.trace("Creating CGLIB proxy: " + this.advised.getTargetSource());
  }

  try {
    Class<?> rootClass = this.advised.getTargetClass();
    Assert.state(rootClass != null, "Target class must be available for creating a CGLIB proxy");

    // 上面流程图中的目标类
    Class<?> proxySuperClass = rootClass;
    if (rootClass.getName().contains(ClassUtils.CGLIB_CLASS_SEPARATOR)) {
      proxySuperClass = rootClass.getSuperclass();
      Class<?>[] additionalInterfaces = rootClass.getInterfaces();
      for (Class<?> additionalInterface : additionalInterfaces) {
        this.advised.addInterface(additionalInterface);
      }
    }

    // Validate the class, writing log messages as necessary.
    validateClassIfNecessary(proxySuperClass, classLoader);

    // 重点看这里，就是上图的enhancer，设置各种参数来构建
    Enhancer enhancer = createEnhancer();
    if (classLoader != null) {
      enhancer.setClassLoader(classLoader);
      if (classLoader instanceof SmartClassLoader &&
          ((SmartClassLoader) classLoader).isClassReloadable(proxySuperClass)) {
        enhancer.setUseCache(false);
      }
    }
    enhancer.setSuperclass(proxySuperClass);
    enhancer.setInterfaces(AopProxyUtils.completeProxiedInterfaces(this.advised));
    enhancer.setNamingPolicy(SpringNamingPolicy.INSTANCE);
    enhancer.setStrategy(new ClassLoaderAwareGeneratorStrategy(classLoader));

    // 设置callback回调接口，即方法的增强点
    Callback[] callbacks = getCallbacks(rootClass);
    Class<?>[] types = new Class<?>[callbacks.length];
    for (int x = 0; x < types.length; x++) {
      types[x] = callbacks[x].getClass();
    }
    // 上节说到的filter
    enhancer.setCallbackFilter(new ProxyCallbackFilter(
        this.advised.getConfigurationOnlyCopy(), this.fixedInterceptorMap, this.fixedInterceptorOffset));
    enhancer.setCallbackTypes(types);

    // 重点：创建proxy和其实例
    return createProxyClassAndInstance(enhancer, callbacks);
  }
  catch (CodeGenerationException | IllegalArgumentException ex) {
    throw new AopConfigException("Could not generate CGLIB subclass of " + this.advised.getTargetClass() +
        ": Common causes of this problem include using a final class or a non-visible class",
        ex);
  }
  catch (Throwable ex) {
    // TargetSource.getTarget() failed
    throw new AopConfigException("Unexpected AOP exception", ex);
  }
}

获取callback的方法如下，提几个理解的要点吧，具体读者在学习的时候建议把我的例子跑一下，然后打一个断点进行理解。

rootClass: 即目标代理类
advised: 包含上文中我们获取到的advisor增强器的集合
exposeProxy: 在xml配置文件中配置的，背景就是如果在事务A中使用了代理，事务A调用了目标类的的方法a，在方法a中又调用目标类的方法b，方法a，b同时都是要被增强的方法，如果不配置exposeProxy属性，方法b的增强将会失效，如果配置exposeProxy，方法b在方法a的执行中也会被增强了
DynamicAdvisedInterceptor: 拦截器将advised(包含上文中我们获取到的advisor增强器)构建配置的AOP的callback（第一个callback)
targetInterceptor: xml配置的optimize属性使用的（第二个callback)
最后连同其它5个默认的Interceptor 返回作为cglib的拦截器链，之后通过CallbackFilter的accpet方法返回的索引从这个集合中返回对应的拦截增强器执行增强操作。

private Callback[] getCallbacks(Class<?> rootClass) throws Exception {
  // Parameters used for optimization choices...
  boolean exposeProxy = this.advised.isExposeProxy();
  boolean isFrozen = this.advised.isFrozen();
  boolean isStatic = this.advised.getTargetSource().isStatic();

  // Choose an "aop" interceptor (used for AOP calls).
  Callback aopInterceptor = new DynamicAdvisedInterceptor(this.advised);

  // Choose a "straight to target" interceptor. (used for calls that are
  // unadvised but can return this). May be required to expose the proxy.
  Callback targetInterceptor;
  if (exposeProxy) {
    targetInterceptor = (isStatic ?
        new StaticUnadvisedExposedInterceptor(this.advised.getTargetSource().getTarget()) :
        new DynamicUnadvisedExposedInterceptor(this.advised.getTargetSource()));
  }
  else {
    targetInterceptor = (isStatic ?
        new StaticUnadvisedInterceptor(this.advised.getTargetSource().getTarget()) :
        new DynamicUnadvisedInterceptor(this.advised.getTargetSource()));
  }

  // Choose a "direct to target" dispatcher (used for
  // unadvised calls to static targets that cannot return this).
  Callback targetDispatcher = (isStatic ?
      new StaticDispatcher(this.advised.getTargetSource().getTarget()) : new SerializableNoOp());

  Callback[] mainCallbacks = new Callback[] {
      aopInterceptor,  // 
      targetInterceptor,  // invoke target without considering advice, if optimized
      new SerializableNoOp(),  // no override for methods mapped to this
      targetDispatcher, this.advisedDispatcher,
      new EqualsInterceptor(this.advised),
      new HashCodeInterceptor(this.advised)
  };

  Callback[] callbacks;

  // If the target is a static one and the advice chain is frozen,
  // then we can make some optimizations by sending the AOP calls
  // direct to the target using the fixed chain for that method.
  if (isStatic && isFrozen) {
    Method[] methods = rootClass.getMethods();
    Callback[] fixedCallbacks = new Callback[methods.length];
    this.fixedInterceptorMap = CollectionUtils.newHashMap(methods.length);

    // TODO: small memory optimization here (can skip creation for methods with no advice)
    for (int x = 0; x < methods.length; x++) {
      Method method = methods[x];
      List<Object> chain = this.advised.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(method, rootClass);
      fixedCallbacks[x] = new FixedChainStaticTargetInterceptor(
          chain, this.advised.getTargetSource().getTarget(), this.advised.getTargetClass());
      this.fixedInterceptorMap.put(method, x);
    }

    // Now copy both the callbacks from mainCallbacks
    // and fixedCallbacks into the callbacks array.
    callbacks = new Callback[mainCallbacks.length + fixedCallbacks.length];
    System.arraycopy(mainCallbacks, 0, callbacks, 0, mainCallbacks.length);
    System.arraycopy(fixedCallbacks, 0, callbacks, mainCallbacks.length, fixedCallbacks.length);
    this.fixedInterceptorOffset = mainCallbacks.length;
  }
  else {
    callbacks = mainCallbacks;
  }
  return callbacks;
}

可以结合调试，方便理解

参考文章

Spring进阶 - Spring AOP实现原理详解之Cglib代理实现open in new window

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# Spring进阶 - Spring AOP实现原理详解之Cglib代理实现

# 1. 引入

# 1.1 动态代理要解决什么问题？

# 1.1.1 什么是代理？

# 1.1.2 什么是动态代理？

# 1.2 什么是Cglib? SpringAOP和Cglib是什么关系？

# 2. cglib简介

# 2.1 为什么引入cglib

# 2.2 cglib 实现原理

# 2.3 优点

# 2.4 缺点

# 3. Cglib代理的案例

# 3.1 pom包依赖

# 3.2 定义实体

# 3.3 被代理的类

# 3.4 cglib代理

# 3.5 使用代理

# 2.6 简单测试

# 4. Cglib代理的流程

# 5. SpringAOP中Cglib代理的实现

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Spring进阶 - Spring AOP实现原理详解之Cglib代理实现

1. 引入

1.1 动态代理要解决什么问题？

1.1.1 什么是代理？

1.1.2 什么是动态代理？

1.2 什么是Cglib? SpringAOP和Cglib是什么关系？

2. cglib简介

2.1 为什么引入cglib

2.2 cglib 实现原理

2.3 优点

2.4 缺点

3. Cglib代理的案例

3.1 pom包依赖

3.2 定义实体

3.3 被代理的类

3.4 cglib代理

3.5 使用代理

2.6 简单测试

4. Cglib代理的流程

5. SpringAOP中Cglib代理的实现

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