【RPC 專欄】深入理解 RPC 之動態代理篇

07-11

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總結

提到 JAVA 中的動態代理，大多數人都不會對 JDK 動態代理感到陌生，Proxy，InvocationHandler 等類都是 J2SE 中的基礎概念。動態代理髮生在服務調用方/客戶端，RPC 框架需要解決的一個問題是：像調用本地介面一樣調用遠程的介面。於是如何組裝數據報文，經過網路傳輸發送至服務提供方，屏蔽遠程介面調用的細節，便是動態代理需要做的工作了。RPC 框架中的代理層往往是單獨的一層，以方便替換代理方式（如 motan 代理層位於com.weibo.api.motan.proxy，dubbo代理層位於com.alibaba.dubbo.common.bytecode）。

實現動態代理的方案有下列幾種：

jdk 動態代理

cglib 動態代理

javassist 動態代理

ASM 位元組碼

javassist 位元組碼

其中 cglib 底層實現依賴於 ASM，javassist 自成一派。由於 ASM 和 javassist 需要程序員直接操作位元組碼，導致使用門檻相對較高，但實際上他們的應用是非常廣泛的，如 Hibernate 底層使用了 javassist（默認）和 cglib，Spring 使用了 cglib 和 jdk 動態代理。

RPC 框架無論選擇何種代理技術，所需要完成的任務其實是固定的，不外乎『整理報文』，『確認網路位置』，『序列化』,』網路傳輸』，『反序列化』，』返回結果』…

技術選型的影響因素

框架中使用何種動態代理技術，影響因素也不少。

性能

從早期 dubbo 的作者梁飛的博客http://javatar.iteye.com/blog/814426中可以得知 dubbo 選擇使用 javassist 作為動態代理方案主要考慮的因素是性能。

從其博客的測試結果來看 javassist > cglib > jdk 。但實際上他的測試過程稍微有點瑕疵：在 cglib 和 jdk 代理對象調用時，走的是反射調用，而在 javassist 生成的代理對象調用時，走的是直接調用（可以先閱讀下樑飛大大的博客）。這意味著 cglib 和 jdk 慢的原因並不是由動態代理產生的，而是由反射調用產生的（順帶一提，很多人認為 jdk 動態代理的原理是反射，其實它的底層也是使用的位元組碼技術）。而最終我的測試結果，結論如下： javassist ≈ cglib > jdk 。javassist 和 cglib 的效率基本持平，而他們兩者的執行效率基本可以達到 jdk 動態代理的2倍（這取決於測試的機器以及 jdk 的版本，jdk1.8 相較於 jdk1.6 動態代理技術有了質的提升，所以並不是傳聞中的那樣：cglib 比 jdk 快 10倍）。文末會給出我的測試代碼。

依賴

motan默認的實現是jdk動態代理，代理方案支持SPI擴展，可以自行擴展其他實現方式。
使用jdk做為默認，主要是減少core包依賴，性能不是唯一考慮因素。另外使用位元組碼方式javaassist性能比較優秀，動態代理模式下jdk性能也不會差多少。
–rayzhang0603(motan貢獻者)

motan 選擇使用 jdk 動態代理，原因主要有兩個：減少 motan-core 的依賴，方便。至於擴展性，dubbo 並沒有預留出動態代理的擴展介面，而是寫死了 bytecode ，這點上 motan 做的較好。

易用性

從 dubbo 和 motan 的源碼中便可以直觀的看出兩者的差距了，dubbo 為了使用 javassist 技術花費不少的精力，而 motan 使用 jdk 動態代理只用了一個類。dubbo 的設計者為了追求極致的性能而做出的工作是值得肯定的，motan 也預留了擴展機制，兩者各有千秋。

動態代理入門指南

為了方便對比幾種動態代理技術，先準備一個統一介面。

public interface BookApi { void sell();}JDK動態代理

private static BookApi createJdkDynamicProxy(final BookApi delegate) {    BookApi jdkProxy = (BookApi) Proxy.newProxyInstance(ClassLoader.getSystemClassLoader(),        new Class[]{BookApi.class}, new JdkHandler(delegate));    return jdkProxy;}private static class JdkHandler implements InvocationHandler {    final Object delegate;    JdkHandler(Object delegate) {      this.delegate = delegate;    }    @Override    public Object invoke(Object object, Method method, Object[] objects)        throws Throwable {      //添加代理邏輯<1>      if(method.getName().equals("sell")){        System.out.print("");      }      return null;//      return method.invoke(delegate, objects);    }

<1> 在真正的 RPC 調用中，需要填充『整理報文』，『確認網路位置』，『序列化』,』網路傳輸』，『反序列化』，』返回結果』等邏輯。

Cglib動態代理

private static BookApi createCglibDynamicProxy(final BookApi delegate) throws Exception {    Enhancer enhancer = new Enhancer();    enhancer.setCallback(new CglibInterceptor(delegate));    enhancer.setInterfaces(new Class[]{BookApi.class});    BookApi cglibProxy = (BookApi) enhancer.create();    return cglibProxy;  }  private static class CglibInterceptor implements MethodInterceptor {    final Object delegate;    CglibInterceptor(Object delegate) {      this.delegate = delegate;    }    @Override    public Object intercept(Object object, Method method, Object[] objects,                MethodProxy methodProxy) throws Throwable {      //添加代理邏輯      if(method.getName().equals("sell")) {        System.out.print("");      }      return null;//      return methodProxy.invoke(delegate, objects);    }  }

和 JDK 動態代理的操作步驟沒有太大的區別，只不過是替換了 cglib 的API而已。

需要引入 cglib 依賴：

dependency> groupId>cglibgroupId> artifactId>cglibartifactId> version>3.2.5version>dependency>Javassist位元組碼

到了 javassist，稍微有點不同了。因為它是通過直接操作位元組碼來生成代理對象。

private static BookApi createJavassistBytecodeDynamicProxy() throws Exception { ClassPool mPool = new ClassPool(true); CtClass mCtc = mPool.makeClass(BookApi.class.getName() + "JavaassistProxy"); mCtc.addInterface(mPool.get(BookApi.class.getName())); mCtc.addConstructor(CtNewConstructor.defaultConstructor(mCtc)); mCtc.addMethod(CtNewMethod.make( "public void sell() { System.out.print("") ; }", mCtc)); Class pc = mCtc.toClass(); BookApi bytecodeProxy = (BookApi) pc.newInstance(); return bytecodeProxy;}

需要引入 javassist 依賴：

dependency> groupId>org.javassistgroupId> artifactId>javassistartifactId> version>3.21.0-GAversion>dependency>動態代理測試

測試環境：window i5 8g jdk1.8 cglib3.2.5 javassist3.21.0-GA

動態代理其實分成了兩步：代理對象的創建，代理對象的調用。坊間流傳的動態代理性能對比主要指的是後者；前者一般不被大家考慮，如果遠程Refer的對象是單例的，其只會被創建一次，而如果是原型模式，多例對象的創建其實也是性能損耗的一個考慮因素（只不過遠沒有調用佔比大）。

Create JDK Proxy: 21 ms
Create CGLIB Proxy: 342 ms
Create Javassist Bytecode Proxy: 419 ms

可能出乎大家的意料，JDK 創建動態代理的速度比後兩者要快10倍左右。

下面是調用速度的測試：

case 1:
JDK Proxy invoke cost 1912 ms

CGLIB Proxy invoke cost 1015 ms
JavassistBytecode Proxy invoke cost 1280 ms
case 2:
JDK Proxy invoke cost 1747 ms
CGLIB Proxy invoke cost 1234 ms
JavassistBytecode Proxy invoke cost 1175 ms
case 3:
JDK Proxy invoke cost 2616 ms
CGLIB Proxy invoke cost 1373 ms
JavassistBytecode Proxy invoke cost 1335 ms

Jdk 的執行速度一定會慢於 Cglib 和 Javassist，但最慢也就2倍，並沒有達到數量級的差距；Cglib 和 Javassist不相上下，差距不大（測試中偶爾發現Cglib實行速度會比平時慢10倍，不清楚是什麼原因）

所以出於易用性和性能，私以為使用 Cglib 是一個很好的選擇（性能和 Javassist 持平，易用性和 Jdk 持平）。

反射調用

既然提到了動態代理和 cglib ，順帶提一下反射調用如何加速的問題。RPC 框架中在 Provider 服務端需要根據客戶端傳遞來的 className + method + param 來找到容器中的實際方法執行反射調用。除了反射調用外，還可以使用 Cglib 來加速。

JDK反射調用Method method = serviceClass.getMethod(methodName, new Class[]{});method.invoke(delegate, new Object[]{});Cglib調用

FastClass serviceFastClass = FastClass.create(serviceClass);FastMethod serviceFastMethod = serviceFastClass.getMethod(methodName, new Class[]{});serviceFastMethod.invoke(delegate, new Object[]{});

但實測效果發現 Cglib 並不一定比 JDK 反射執行速度快，還會跟具體的方法實現有關(大霧)。

測試代碼

略長…

public class Main {  public static void main(String[] args) throws Exception {    BookApi delegate = new BookApiImpl();    long time = System.currentTimeMillis();    BookApi jdkProxy = createJdkDynamicProxy(delegate);    time = System.currentTimeMillis() - time;    System.out.println("Create JDK Proxy: " + time + " ms");    time = System.currentTimeMillis();    BookApi cglibProxy = createCglibDynamicProxy(delegate);    time = System.currentTimeMillis() - time;    System.out.println("Create CGLIB Proxy: " + time + " ms");    time = System.currentTimeMillis();    BookApi javassistBytecodeProxy = createJavassistBytecodeDynamicProxy();    time = System.currentTimeMillis() - time;    System.out.println("Create JavassistBytecode Proxy: " + time + " ms");    for (int i = 0; i <>10; i++) {      jdkProxy.sell();//warm    }    long start = System.currentTimeMillis();    for (int i = 0; i <>10000000; i++) {      jdkProxy.sell();    }    System.out.println("JDK Proxy invoke cost " + (System.currentTimeMillis() - start) + " ms");    for (int i = 0; i <>10; i++) {      cglibProxy.sell();//warm    }    start = System.currentTimeMillis();    for (int i = 0; i <>10000000; i++) {      cglibProxy.sell();    }    System.out.println("CGLIB Proxy invoke cost " + (System.currentTimeMillis() - start) + " ms");    for (int i = 0; i <>10; i++) {      javassistBytecodeProxy.sell();//warm    }    start = System.currentTimeMillis();    for (int i = 0; i <>10000000; i++) {      javassistBytecodeProxy.sell();    }    System.out.println("JavassistBytecode Proxy invoke cost " + (System.currentTimeMillis() - start) + " ms");    Class serviceClass = delegate.getClass();    String methodName = "sell";    for (int i = 0; i <>10; i++) {      cglibProxy.sell();//warm    }    // 執行反射調用    for (int i = 0; i <>10; i++) {//warm      Method method = serviceClass.getMethod(methodName, new Class[]{});      method.invoke(delegate, new Object[]{});    }    start = System.currentTimeMillis();    for (int i = 0; i <>10000000; i++) {      Method method = serviceClass.getMethod(methodName, new Class[]{});      method.invoke(delegate, new Object[]{});    }    System.out.println("反射 invoke cost " + (System.currentTimeMillis() - start) + " ms");    // 使用 CGLib 執行反射調用    for (int i = 0; i <>10; i++) {//warm      FastClass serviceFastClass = FastClass.create(serviceClass);      FastMethod serviceFastMethod = serviceFastClass.getMethod(methodName, new Class[]{});      serviceFastMethod.invoke(delegate, new Object[]{});    }    start = System.currentTimeMillis();    for (int i = 0; i <>10000000; i++) {      FastClass serviceFastClass = FastClass.create(serviceClass);      FastMethod serviceFastMethod = serviceFastClass.getMethod(methodName, new Class[]{});      serviceFastMethod.invoke(delegate, new Object[]{});    }    System.out.println("CGLIB invoke cost " + (System.currentTimeMillis() - start) + " ms");  }  private static BookApi createJdkDynamicProxy(final BookApi delegate) {    BookApi jdkProxy = (BookApi) Proxy.newProxyInstance(ClassLoader.getSystemClassLoader(),        new Class[]{BookApi.class}, new JdkHandler(delegate));    return jdkProxy;  }  private static class JdkHandler implements InvocationHandler {    final Object delegate;    JdkHandler(Object delegate) {      this.delegate = delegate;    }    @Override    public Object invoke(Object object, Method method, Object[] objects)        throws Throwable {      //添加代理邏輯      if(method.getName().equals("sell")){        System.out.print("");      }      return null;//      return method.invoke(delegate, objects);    }  }  private static BookApi createCglibDynamicProxy(final BookApi delegate) throws Exception {    Enhancer enhancer = new Enhancer();    enhancer.setCallback(new CglibInterceptor(delegate));    enhancer.setInterfaces(new Class[]{BookApi.class});    BookApi cglibProxy = (BookApi) enhancer.create();    return cglibProxy;  }  private static class CglibInterceptor implements MethodInterceptor {    final Object delegate;    CglibInterceptor(Object delegate) {      this.delegate = delegate;    }    @Override    public Object intercept(Object object, Method method, Object[] objects,                MethodProxy methodProxy) throws Throwable {      //添加代理邏輯      if(method.getName().equals("sell")) {        System.out.print("");      }      return null;//      return methodProxy.invoke(delegate, objects);    }  }  private static BookApi createJavassistBytecodeDynamicProxy() throws Exception {    ClassPool mPool = new ClassPool(true);    CtClass mCtc = mPool.makeClass(BookApi.class.getName() + "JavaassistProxy");    mCtc.addInterface(mPool.get(BookApi.class.getName()));    mCtc.addConstructor(CtNewConstructor.defaultConstructor(mCtc));    mCtc.addMethod(CtNewMethod.make(        "public void sell() { System.out.print("") ; }", mCtc));    Class pc = mCtc.toClass();    BookApi bytecodeProxy = (BookApi) pc.newInstance();    return bytecodeProxy;  }}

666. 彩蛋

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