读书笔记-《ON JAVA 中文版》-摘要21[第十九章 类型信息-2]

第十九章 类型信息

7. 动态代理

代理是基本的设计模式之一。一个对象封装真实对象，代替其提供其他或不同的操作—这些操作通常涉及到与“真实”对象的通信，因此代理通常充当中间对象。这是一个简单的示例，显示代理的结构：

interface Interface {
    void doSomething();

    void somethingElse(String arg);
}

class RealObject implements Interface {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("doSomething");
    }

    @Override
    public void somethingElse(String arg) {
        System.out.println("somethingElse " + arg);
    }
}

class SimpleProxy implements Interface {
    private Interface proxied;

    public SimpleProxy(Interface proxied) {
        this.proxied = proxied;
    }

    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("SimpleProxy doSomething");
        proxied.doSomething();
    }

    @Override
    public void somethingElse(String arg) {
        System.out.println("SimpleProxy somethingElse " + arg);
        proxied.somethingElse(arg);
    }
}

public class SimpleProxyDemo {
    public static void consumer(Interface iface) {
        iface.doSomething();
        iface.somethingElse("bonobo");
    }

    public static void main(String[] args) {
        consumer(new RealObject());
        System.out.println("------------");
        consumer(new SimpleProxy(new RealObject()));
    }
}

输出：

doSomething
somethingElse bonobo
------------
SimpleProxy doSomething
doSomething
SimpleProxy somethingElse bonobo
somethingElse bonobo

Java 的动态代理更进一步，不仅动态创建代理对象而且动态处理对代理方法的调用。在动态代理上进行的所有调用都被重定向到单个调用处理程序，该处理程序负责发现调用的内容并决定如何处理。这是 SimpleProxyDemo.java 使用动态代理重写的例子：

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
    private Object proxied;

    public DynamicProxyHandler(Object proxied) {
        this.proxied = proxied;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println(
                "**** proxy: " + proxy.getClass() +
                        ", method: " + method + ", args: " + args);
        if (args != null) {
            for (Object arg : args) {
                System.out.println(" " + arg);
            }
        }
        return method.invoke(proxied, args);
    }
}

public class SimpleDynamicProxy {
    public static void consumer(Interface iface) {
        iface.doSomething();
        iface.somethingElse("bonobo");
    }

    public static void main(String[] args) {
        RealObject real = new RealObject();
        consumer(real);
        System.out.println("-------------");
        Interface proxy = (Interface) Proxy.newProxyInstance(Interface.class.getClassLoader(),
                new Class[]{Interface.class},
                new DynamicProxyHandler(real));
        consumer(proxy);
    }
}

输出：

doSomething
somethingElse bonobo
-------------
**** proxy: class typeinfo.$Proxy0, method: public abstract void typeinfo.Interface.doSomething(), args: null
doSomething
**** proxy: class typeinfo.$Proxy0, method: public abstract void typeinfo.Interface.somethingElse(java.lang.String), args: [Ljava.lang.Object;@3b9a45b3
 bonobo
somethingElse bonobo

可以通过调用静态方法 Proxy.newProxyInstance() 来创建动态代理，该方法需要一个类加载器（通常可以从已加载的对象中获取），希望代理实现的接口列表（不是类或抽象类），以及接口 InvocationHandler 的一个实现。

8. Optional类

Optional 对象可以防止你的代码直接抛出 NullPointException 。

9. 接口和类型

interface 关键字的一个重要目标就是允许程序员隔离组件，进而降低耦合度。使用接口可以实现这一目标，但是通过类型信息，这种耦合性还是会传播出去——接口并不是对解耦的一种无懈可击的保障。比如我们先写一个接口：

package typeinfo.interfacea;

public interface A {
    void f();
}

然后实现这个接口，你可以看到其代码是怎么从实际类型开始顺藤摸瓜的：

package typeinfo;

import typeinfo.interfacea.A;

class B implements A {
    @Override
    public void f() {
    }

    public void g() {
    }
}

public class InterfaceViolation {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new B();
        a.f();
        // a.g(); // 报错
        System.out.println(a.getClass().getName());
        if(a instanceof B){
            B b = (B) a;
            b.g();
        }
    }
}

输出：

typeinfo.B

通过使用 RTTI，我们发现 a 是用 B 实现的。通过将其转型为 B ，我们可以调用不在 A 中的方法。这给了他们一个机会，使得他们的代码与你的代码的耦合度超过了你的预期。也就是说，你可能认为 interface 关键字正在保护你，但其实并没有。

一种解决方案是直接声明，如果开发者决定使用实际的类而不是接口，他们需要自己对自己负责。

最简单的方式是让实现类只具有包访问权限，这样在包外部的客户端就看不到它了：

package typeinfo;

class C implements A {
    @Override
    public void f() {
        System.out.println("public C.f()");
    }

    public void g() {
        System.out.println("public C.g()");
    }

    void u() {
        System.out.println("package C.u()");
    }

    protected void v() {
        System.out.println("protected C.v()");
    }

    private void w() {
        System.out.println("private C.w()");
    }
}

public class HiddenC {
    public static A makeA() {
        return new C();
    }
}

在这个包中唯一 public 的部分就是 HiddenC ，在被调用时将产生 A 接口类型的对象。这里有趣之处在于：即使你从 makeA() 返回的是 C 类型，你在包的外部仍旧不能使用 A 之外的任何方法，因为你不能在包的外部命名 C 。

如果你试着将其向下转型为 C ，则将被禁止，因为在包的外部没有任何 C 类型可用：

package typeinfo;

import typeinfo.interfacea.A;
import typeinfo.packageaccess.HiddenC;

import java.lang.reflect.Method;

public class HiddenImplementation {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        A a = HiddenC.makeA();
        a.f(); // PS：只能点出 f()
        System.out.println(a.getClass().getName());
//        if(a instanceof C){
//            C c = (C) a;
//            c.g();
//        }
        callHiddenMethod(a, "g");
        callHiddenMethod(a, "u");
        callHiddenMethod(a, "v");
        callHiddenMethod(a, "w");
    }

    static void callHiddenMethod(Object a, String methodName) throws Exception {
        Method g = a.getClass().getDeclaredMethod(methodName);
        g.setAccessible(true);
        g.invoke(a);
    }
}

输出：

public C.f()
typeinfo.packageaccess.C
public C.g()
package C.u()
protected C.v()
private C.w()

通过使用反射，仍然可以调用所有方法，甚至是 private 方法！如果知道方法名，你就可以在其 Method 对象上调用 setAccessible(true) ，就像在 callHiddenMethod() 中看到的那样。

你可能觉得，可以通过只发布编译后的代码来阻止这种情况，但其实这并不能解决问题。因为只需要运行 javap （一个随 JDK 发布的反编译器）即可突破这一限制。

那如果把接口实现为一个私有内部类，又会怎么样呢？下面展示了这种情况：

package typeinfo;

import typeinfo.interfacea.A;

class InnerA {
    private static class C implements A {

        @Override
        public void f() {
            System.out.println("public C.f()");
        }

        public void g() {
            System.out.println("public C.g()");
        }

        void u() {
            System.out.println("package C.u()");
        }

        protected void v() {
            System.out.println("protected C.v()");
        }

        private void w() {
            System.out.println("private C.w()");
        }
    }

    public static A makeA() {
        return new C();
    }
}

public class InnerImplementation {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        A a = InnerA.makeA();
        a.f();
        System.out.println(a.getClass().getName());
        HiddenImplementation.callHiddenMethod(a, "g");
        HiddenImplementation.callHiddenMethod(a, "u");
        HiddenImplementation.callHiddenMethod(a, "v");
        HiddenImplementation.callHiddenMethod(a, "w");
    }
}

输出：

public C.f()
typeinfo.InnerA$C
public C.g()
package C.u()
protected C.v()
private C.w()

这里对反射仍然没有任何东西可以隐藏。那么如果是匿名类呢？

package typeinfo;

import typeinfo.interfacea.A;

class AnonymousA {
    public static A makeA() {
        return new A() {
            public void f() {
                System.out.println("public C.f()");
            }

            public void g() {
                System.out.println("public C.g()");
            }

            void u() {
                System.out.println("package C.u()");
            }

            protected void v() {
                System.out.println("protected C.v()");
            }

            private void w() {
                System.out.println("private C.w()");
            }
        };
    }
}

public class AnonymousImplementation {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        A a = AnonymousA.makeA();
        a.f();
        System.out.println(a.getClass().getName());
        HiddenImplementation.callHiddenMethod(a, "g");
        HiddenImplementation.callHiddenMethod(a, "u");
        HiddenImplementation.callHiddenMethod(a, "v");
        HiddenImplementation.callHiddenMethod(a, "w");
    }
}

看起来任何方式都没法阻止反射调用那些非公共访问权限的方法。对于字段来说也是这样，即便是 private 字段：

package typeinfo;

import java.lang.reflect.Field;

class WithPrivateFinalField {
    private int i = 1;
    private final String s = "I'm totally safe";
    private String s2 = "Am I safe?";

    @Override
    public String toString() {
        return "i = " + i + ", " + s + ", " + s2;
    }
}

public class ModifyingPrivateFields {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        WithPrivateFinalField pf = new WithPrivateFinalField();
        System.out.println(pf);
        Field f = pf.getClass().getDeclaredField("i");
        f.setAccessible(true);
        System.out.println("f.getInt(pf): " + f.getInt(pf));
        f.setInt(pf, 47);
        System.out.println(pf);
        f = pf.getClass().getDeclaredField("s");
        f.setAccessible(true);
        System.out.println("f.get(pf): " + f.get(pf));
        f.set(pf, "No, you're not!");
        System.out.println(pf);
        f = pf.getClass().getDeclaredField("s2");
        f.setAccessible(true);
        System.out.println("f.get(pf): " + f.get(pf));
        f.set(pf, "No, you're not!");
        System.out.println(pf);
    }
}

输出：

i = 1, I'm totally safe, Am I safe?
f.getInt(pf): 1
i = 47, I'm totally safe, Am I safe?
f.get(pf): I'm totally safe
i = 47, I'm totally safe, Am I safe?
f.get(pf): Am I safe?
i = 47, I'm totally safe, No, you're not!

但实际上 final 字段在被修改时是安全的。运行时系统会在不抛出异常的情况下接受任何修改的尝试，但是实际上不会发生任何修改。

—PS：final 不可修改，例如上面的变量 s

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10. 本章小结

RTTI 允许通过匿名类的引用来获取类型信息。

面向对象编程语言是想让我们尽可能地使用多态机制，只在非用不可的时候才使用 RTTI。

然而使用多态机制的方法调用，要求我们拥有基类定义的控制权。因为在你扩展程序的时候，可能会发现基类并未包含我们想要的方法。如果基类来自别人的库，这时 RTTI 便是一种解决之道：可继承一个新类，然后添加你需要的方法。

最后一点，RTTI 有时候也能解决效率问题。假设你的代码运用了多态，但是为了实现多态，导致其中某个对象的效率非常低。这时候，你就可以挑出那个类，使用 RTTI 为它编写一段特别的代码以提高效率。然而必须注意的是，不要太早地关注程序的效率问题，这是个诱人的陷阱。最好先让程序能跑起来，然后再去看看程序能不能跑得更快，下一步才是去解决效率问题（比如使用 Profiler）5。

我们已经看到，反射，因其更加动态的编程风格，为我们开创了编程的新世界。我相信动态代码是将 Java 与其它诸如 C++ 这样的语言区分开的重要工具之一。

自我学习总结：

1. RTTI 是在编译期，反射是在运行期
2. 通过反射可以获取类的所有方法和字段
3. 在java的java.lang.reflect包下提供了一个Proxy类和一个InvocationHandler接口，通过这个类和这个接口可以生成JDK动态代理类和动态代理对象
   
   （图网，侵删）