深度解析 Spring 源码：探秘 CGLIB 代理的奥秘

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文章目录

    • 一、CGLIB 代理简介
      • 1.1 CGLIB 代理的基本原理和特点
      • 1.2 分析 CGLIB 如何通过字节码技术创建代理类
    • 二、深入分析 CglibAopProxy 类的结构
      • 2.1 CglibAopProxy 类结构
      • 2.2 CglibAopProxy 类源码
    • 三、CGLIB 代理对象的创建过程
      • 3.1 配置 Enhancer 生成代理对象
      • 3.2 探讨如何通过字节码生成技术嵌入拦截器逻辑到代理类中
    • 四、CGLIB 代理链的处理
      • 4.1 拦截器的调用顺序
      • 4.2 实现拦截器具体逻辑
    • 五、实践与应用
      • 5.1 编写自定义的 CGLIB 拦截器
      • 5.2 实现对非接口类的代理和增强功能

一、CGLIB 代理简介

1.1 CGLIB 代理的基本原理和特点

CGLIB是一个强大的、高性能的代码生成库。它被广泛应用于AOP（面向切面编程）、ORM（对象关系映射）和其他一些框架中。

CGLIB代理的基本原理：

  1. 创建代理类：CGLIB通过ASM字节码操作框架，在运行时动态生成目标类的子类。这个子类会继承自目标类。
  2. 方法拦截：在生成的子类中，会覆盖所有非final的方法。覆盖的方法会委托给一个用户定义的拦截器（MethodInterceptor），拦截器中包含了增强的代码。
  3. 调用流程：当调用代理类的方法时，实际上是在调用被覆盖的方法。这些方法内部会调用拦截器，拦截器再去调用原始类的相应方法。

CGLIB代理的特点：

  1. 无需接口：CGLIB代理不需要目标类实现任何接口，因为它是通过继承的方式来实现代理的。
  2. 性能：CGLIB生成的代理类是目标类的子类，相比于JDK动态代理（接口代理），CGLIB代理通常有更好的性能，因为它直接调用父类的方法，减少了反射调用的开销。
  3. 灵活性：由于CGLIB代理是通过继承实现的，它无法代理final类和方法。但是，它提供了比JDK代理更高的灵活性，因为它可以代理任何类，而不受接口限制。
  4. 复杂性：CGLIB代理的实现比JDK动态代理复杂，因为它涉及到字节码生成和类加载机制。
  5. 兼容性：CGLIB代理通常与Spring框架结合使用，Spring AOP默认使用JDK动态代理，但如果目标对象没有实现接口，Spring AOP会自动切换到CGLIB代理。

1.2 分析 CGLIB 如何通过字节码技术创建代理类

CGLIB通过操纵字节码，创建出目标类的子类，并在子类中覆盖非final的方法，从而实现方法拦截和增强。

CGLIB创建代理类的基本步骤：

  1. 确定目标类：首先要确定需要被代理的目标类。CGLIB代理不需要目标类实现任何接口，因为它是通过继承的方式来实现代理的。
  2. 创建Enhancer对象：Enhancer是CGLIB中的一个核心类，用于创建代理类。首先创建一个Enhancer实例，并设置其父类（即目标类）。
  3. 设置Callback：Callback是一个接口，用于定义代理类中覆盖方法的逻辑。通常使用MethodInterceptor接口，它允许我们在调用原始方法之前和之后插入自定义代码。将实现的Callback对象设置给Enhancer。
  4. 创建代理类：调用Enhancer的create()方法，CGLIB会使用ASM字节码操作框架来动态生成一个继承自目标类的子类。这个子类会覆盖所有非final的方法，并将调用委托给Callback对象。
  5. 使用代理类：create()方法返回的是一个代理类的实例，这个实例可以被当作目标类的实例来使用。当调用代理类的方法时，实际上会调用MethodInterceptor中的intercept()方法。
  6. 方法调用流程：在intercept()方法中，可以调用Method对象的invoke()方法来执行原始方法。这样，我们就可以在原始方法执行前后插入自定义的逻辑，实现方法的拦截和增强。

二、深入分析 CglibAopProxy 类的结构

2.1 CglibAopProxy 类结构

  • 成员变量：
    • AdvisedSupport advised：存储了AOP配置信息的数据结构，如目标对象、切面等。
    • Callback callback：CGLIB 回调对象，负责实现代理逻辑。
  • 构造方法：
    • CglibAopProxy(AdvisedSupport config)：构造方法接收一个 AdvisedSupport 参数，用于设置AOP配置信息。
  • 核心方法：
    • getProxy(ClassLoader classLoader)：生成代理对象的核心方法，接收一个 ClassLoader 参数用于加载代理类。
    • createProxyClassAndInstance(Enhancer enhancer, Callback[] callbacks)：使用 CGLIB 的 Enhancer 创建代理类，并返回代理对象的实例。
    • proxy(ClassLoader classLoader, Callback[] callbacks)：创建代理类并生成代理对象的实现逻辑， 使用 Enhancer 创建代理类，并指定 Callback 对象，完成代理类的生成和实例化。
    • createEnhancer()：创建 Enhancer 对象，用于生成代理类， Enhancer 是 CGLIB 中负责生成代理类的核心类。

2.2 CglibAopProxy 类源码

仅展示部分源码，其它源码会在下方解决其它问题时会出现，没有出现的，读者感兴趣可以自行去解读源码。

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三、CGLIB 代理对象的创建过程

代理对象的创建过程： 检查是否可以使用缓存的代理对象 -> 准备 CGLIB Enhancer -> 配置 Enhancer -> 设置回调处理器（Callback） -> 生成代理类字节码 -> 创建代理对象实例 -> 将代理对象缓存起来

3.1 配置 Enhancer 生成代理对象

Enhancer 对象通过调用 create() 方法来生成代理对象。

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createHelper() 方法用来实际创建代理对象。

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AbstractClassGenerator 对象通过调用 create() 方法，根据给定的键值（key）创建对象实例。

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3.2 探讨如何通过字节码生成技术嵌入拦截器逻辑到代理类中

createProxyClassAndInstance 负责创建代理类的实例，使用 CGLIB 技术创建代理对象，并将指定的拦截器回调方法应用于代理对象上。

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四、CGLIB 代理链的处理

通过ReflectiveMethodInvocation 类了解到在 Spring 框架中如何构建和执行代理链，以及拦截器如何在拦截器链中协作，以实现对目标方法的拦截和处理。

4.1 拦截器的调用顺序

在拦截器链中如何依次执行拦截器，并通过判断和调用不同的拦截器或目标方法来实现拦截和处理逻辑。

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invokeJoinpoint()用于执行目标方法，如果拦截器链中已经没有下一个拦截器了，或者拦截器中的某个拦截器选择不继续执行拦截器链，那么就会调用这个方法来执行目标方法。

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4.2 实现拦截器具体逻辑

定义了方法拦截器的标准，任何实现该接口的类都可以作为 Spring AOP 中的拦截器，用于在目标方法执行前后添加额外的逻辑。

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五、实践与应用

5.1 编写自定义的 CGLIB 拦截器

假设有一个简单的服务类 UserService，其中包含一些方法，希望能够在调用这些方法之前和之后记录日志。使用CGLIB来实现一个拦截器，记录方法调用的开始和结束时间。

  1. 服务类 UserService，模拟创建和更新用户信息。
public class UserService {

    public void createUser(String username) {
        System.out.println("Creating user: " + username);
        // 模拟创建用户的逻辑
    }

    public void updateUser(String username) {
        System.out.println("Updating user: " + username);
        // 模拟更新用户的逻辑
    }
}
  1. 自定义的CGLIB拦截器，用于记录方法调用的开始和结束时间。
/**
 * 创建 LoggingInterceptor 类，实现 MethodInterceptor 接口
 */
public class LoggingInterceptor implements MethodInterceptor {
    
    /**
     * 参数：obj 是被代理的对象实例
     *      method 是被调用的方法对象
     *      args 是方法的参数数组
     *      proxy 是用于调用父类（被代理类）方法的代理对象
     */
    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
        // 获取方法调用开始时的时间戳
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Method " + method.getName() + " start at: " + startTime);

        // 调用被代理类的原始方法，而不是代理对象的方法，以避免循环调用
        Object result = proxy.invokeSuper(obj, args);

        // 获取方法调用结束时的时间戳
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Method " + method.getName() + " end at: " + endTime);
        // 方法执行所花费的时间
        System.out.println("Method " + method.getName() + " execution time: " + (endTime - startTime) + " milliseconds");

        // 调用原始方法后的返回值
        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        UserService userService = new UserService();

        // 使用CGLIB的 Enhancer 类创建了 UserService 类的代理对象，并将拦截器设置为回调方法
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        // 设置了要代理的目标类是 UserService
        enhancer.setSuperclass(UserService.class);
        // 指定了在方法调用时应该执行的拦截逻辑
        enhancer.setCallback(new LoggingInterceptor());

        // 创建代理对象，将会在方法调用时执行我们定义的拦截逻辑
        UserService userServiceProxy = (UserService) enhancer.create();

        // 调用代理对象的 createUser 和 updateUser 方法来触发拦截器的拦截逻辑
        userServiceProxy.createUser("John Doe");
        userServiceProxy.updateUser("Jane Smith");
    }
}

//输出结果：
Method createUser start at: 1621802728000
Creating user: John Doe
Method createUser end at: 1621802728000
Method createUser execution time: 0 milliseconds
Method updateUser start at: 1621802728000
Updating user: Jane Smith
Method updateUser end at: 1621802728000
Method updateUser execution time: 0 milliseconds

5.2 实现对非接口类的代理和增强功能

实现对非接口类的代理和增强功能通常使用 Spring AOP来实现，提供了一种便捷的方式来在方法执行前、执行后、方法抛出异常时等时机插入特定逻辑，而无需修改原始类的代码。

假设有一个订单管理系统，其中包含一个 OrderService 类，该类负责处理订单相关的业务逻辑，比如创建订单、更新订单状态等。希望在处理订单相关业务时，记录日志并统计方法执行时间。

  1. 切面类 OrderAspect。
@Aspect
@Component
public class OrderAspect {

    /**
     * 切面方法，用于实现切面的逻辑 -> 表示正在执行目标方法之前
     * 接受一个 JoinPoint 参数，连接点 -> 被增强的目标方法
     */
    @Before("execution(* com.example.service.OrderService.*(..))")
    public void logBefore(JoinPoint joinPoint) {
        System.out.println("Before executing method: " + joinPoint.getSignature());
    }

     /**
     * 切面方法，用于实现切面的逻辑 -> 表示目标方法执行完成后
     * 接受一个 JoinPoint 参数，连接点 -> 被增强的目标方法
     */
    @After("execution(* com.example.service.OrderService.*(..))")
    public void logAfter(JoinPoint joinPoint) {
        System.out.println("After executing method: " + joinPoint.getSignature());
    }
}
  1. 配置类中启用 Spring AOP 功能。
/**
 * 标识这个类是一个配置类 -> 告诉 Spring 容器如何配置应用程序上下文
 * 启用了 AspectJ 自动代理 -> 告诉 Spring 在运行时生成 AOP 代理以支持 @AspectJ 切面
 * 指示 Spring 在包 com.example 及其子包中扫描组件 -> 自动发现并注册带有 @Component、@Service、@Repository 和 @Controller 注解的 bean
 */
@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy
@ComponentScan(basePackages = "com.example")
public class AppConfig {
    
}
  1. OrderService 类。
/**
 * 调用 OrderService 类的 createOrder() 或 updateOrderStatus() 方法时，OrderAspect 切面中定义的增强逻辑会在方法执行前后生效，从而实现了对非接口类的代理和增强功能
 */
@Service
public class OrderService {

    public void createOrder() {
        // 模拟创建订单的业务逻辑
        System.out.println("Creating order...");
    }

    public void updateOrderStatus() {
        // 模拟更新订单状态的业务逻辑
        System.out.println("Updating order status...");
    }
}

// 输出结果：
Before executing method: public void com.example.service.OrderService.createOrder()
Creating order...
After executing method: public void com.example.service.OrderService.createOrder()

Before executing method: public void com.example.service.OrderService.updateOrderStatus()
Updating order status...
After executing method: public void com.example.service.OrderService.updateOrderStatus()

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