手把手教你实现Python的动态代理

最近有个以前培训班的学员问我Python有没有类似与Java动态代理的机制?他想通过类似Java动态代理的机制对类的所有方法调用日志功能。查了一下,虽然Python官方没有提供这个功能,但是作为一门提供了反射机制的动态语言,我们妥妥的可以自己撸一个啊。

如果再阅读本文有什么不清楚的地方,建议先阅读廖雪峰老师教程的以下章节:

  • 函数:函数的参数(主要看可变参数)
  • 函数式编程:装饰器
  • 面向对象编程

首先我们复习一下装饰器的实现,装饰器本质是一个高阶函数,通过封装对原油函数的调用,增强了原有函数的功能。

def log(func):
  def wrapper(*args, **kws):
    print('Call %s' % func.__name__)
    ret = func(*args, **kws)
    print('Finish call %s' % func.__name__)
    return ret
  return wrapper

@log
def add(x, y):
  return x + y

z = add(1, 2)
print(z)

'''
输出如下:
Call add
Finish call add
3
'''

以上例子我们是通过装饰器增强了一个函数,那么如何通过装饰器增强一个类的所有方法呢?在展开具体实现之前,我们先介绍一下以下两个知识点:

  • ()方法,如果你曾经接触过C++的仿函数概念,那么对重载()操作符不陌生。Python提供了__call__方法实现这个功能。
class Sample:
  def __init__(self, x, y):
    self.x = x
    self.y = y

  def __call__(self):
    return self.x + self.y

s = Sample(100, 200)
print(s())

'''
输出如下:
300
'''
  • 当我对原来的类进行了封装之后,如何拦截对原有类的属性访问和方法调用?
    • 不管是s.xxx访问属性,还是s.yyy()调用方法,都必须先通过__getattr__检查xxx属性或yyy方法是否存在。
    • 重新实现__getattr__方法即可拦截访问。
class Wrapper:
  def __init__(self, obj):
    self.obj = obj

  def __getattr__(self, attr):
    ret = None # 可以找不到返回None,也可以抛出异常。
    if hasattr(self.obj, attr):
      ret = getattr(self.obj, attr)
    return ret

class Sample:
  def __init__(self, x, y):
    self.x = x
    self.y = y

  def add(self):
    return self.x + self.y

  def minus(self):
    return self.x - self.y

w = Wrapper(Sample(100, 200))
print(w.x)
print(w.y)
print(w.add())
print(w.minus())

'''
输出如下:
100
200
300
-100
'''

上面准备知识介绍完毕,下面我们就要展开具体实现了。

  • 实现一个类用于对方法进行增强,这个类有两个参数,分别是方法属于的对象(这个实际根据需要可选)和要增强的方法。
class LogProxy:
  def __init__(self, obj, method):
    self.obj = obj
    self.method = method

  def __call__(self, *args, **kws):
    print('Log: ' + str(self.obj) + ' call ' + self.method.__name__)
    ret = self.method(*args, **kws)
    print('Log: ' + str(self.obj) + ' call ' + self.method.__name__ + ' finished')
  • 我们必须有一个类,封装原有的对象,同时在调用原有对象方法的时候,动态生成上面的代理类用于实现功能增强。同时为了效率,还必须缓存已经创建的代理类。
import types

class Proxy:
  def __init__(self, clz, pclz):
    self.clz = clz
    self.pclz = pclz
    self.proxies = {} # 查表提高效率

  def __call__(self, *args, **kws):
    self.obj = self.clz(*args, **kws) # 调用被代理类的构造函数创建实例
    return self

  def __getattr__(self, attr): # 调用方法之前需要通过getattr查找方法
    ret = None
    if hasattr(self.obj, attr): # 查看被代理实例成员是否存在
      ret = getattr(self.obj, attr)
      if isinstance(ret, types.MethodType): # 如果该成员是方法
        if ret not in self.proxies: # 如果该方法的代理没有被生成
          self.proxies[ret] = self.pclz(self.obj, ret) # 创建该方法的代理
        return self.proxies[ret]
    return ret
  • 实现一个工厂类,用于创造一个Proxy对象进行代理。同时这个类用作装饰器,套在要代理的类外面。
class ProxyFactory:
  def __init__(self, pclz):
    self.pclz = pclz

  def __call__(self, clz):
    return Proxy(clz, self.pclz)
  • 最后,整合以上代码实现一个小例子:
@ProxyFactory(LogProxy)
class Sample:
  def __init__(self, name):
    self.name = name

  def print_name(self):
    print(self.name)

if __name__ == '__main__':
  s = Sample('xxx')
  s.print_name()
  print('s.name: %s' % s.name)

'''
输出如下:
Log: <__main__.Sample object at 0x7f8edd6020b8> call print_name
xxx
Log: <__main__.Sample object at 0x7f8edd6020b8> call print_name finished
s.name: xxx
'''

现在我们来解释一下代码的执行顺序,之后可以自己加日志跟踪一下代码是如何执行的。

  1. 构造Sample对象的顺序:
    1. ProxyFactory调用构造函数构造对象pf,参数为LogProxy类(参数是类,不是实例!)。
    2. pf调用__call__方法,参数为Sample类,返回一个Proxy对象proxy。
    3. proxy调用__call__方法,拦截了原有的构造函数调用,在内部构造了Sample对象sample。
  2. 访问属性(对应代码:s.name)
    1. 调用proxy对象的__getattr__方法
    2. 访问内部的sample对象(self.obj),检查attr是否存在。
    3. 不存在,返回None,也可以抛出异常。根据实际情况可以选择不同的实现方式。
    4. 如果存在,且类型不是方法types.MethodType,则直接返回属性值。
  3. 调用方法(对应代码:s.print_name())
    1. 与访问属性的步骤一样,直到第4步,判断类型必须是方法。
    2. 检查缓存,是否已构造该方法的代理对象。如果有,直接返回,如果没有,构造,然后放入缓存再返回。
    3. 返回后调用代理对象的__call__方法,调用增强后的方法。

你可能感兴趣的:(Python)