Java如何實(shí)例化一個(gè)抽象類對(duì)象

這篇文章主要介紹Java如何實(shí)例化一個(gè)抽象類對(duì)象，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

在Java 中抽象類是不能直接被實(shí)例化的。但是很多時(shí)候抽象類的該特點(diǎn)成為一個(gè)比較麻煩的阻礙。例如如果我想使用動(dòng)態(tài)代理來給一個(gè)抽象類賦予其執(zhí)行抽象方法的能力，就會(huì)有兩個(gè)困難：1. 動(dòng)態(tài)代理只能創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)接口的一個(gè)代理對(duì)象，而不能是一個(gè)繼承抽象類的對(duì)象。為此標(biāo)準(zhǔn)的 JVM 中有一些實(shí)現(xiàn)，例如 javassist 可以使用字節(jié)碼工具來完成這一目的(ProxyFactory)。

在 Android 中如果想構(gòu)造一個(gè)抽象類對(duì)象，恐怕只有 new ClassName() {} 或者繼承之后構(gòu)造了。但是這兩種方法都是不能由其 Class 對(duì)象直接操作的，這就導(dǎo)致一些問題上達(dá)不到我們需要的抽象能力。

這里詳細(xì)描述一下第一段所說的場(chǎng)景：

首先有一個(gè) interface 文件定義如下（熟悉 Android 的朋友可以看出這是一個(gè)提供給 Retrofit 生成代理對(duì)象的 Api 配置接口）：

public interface RealApi { 
 @GET("api1")
 Observable<String> api1(); 
 @GET("api2")
 Observable<String> api2(); 
 @GET("api3")
 Observable<String> api3();
 //...其他方法
}

其次再寫一個(gè)抽象類，只實(shí)現(xiàn)接口的其中一個(gè)方法（用來模擬接口數(shù)據(jù)）：

@MockApi
public abstract class MockApi implements RealApi {
 Observable<String> api3() {
 return Observable.just("mock data");
 }
}

然后我們需要有一個(gè)工具，例如 MockManager ，讓他結(jié)合我們已存在的 RealApi 對(duì)象和 MockApi 類，來構(gòu)造出一個(gè)混合對(duì)象，該對(duì)象在執(zhí)行 MockApi 中已經(jīng)定義的方法時(shí)，為直接執(zhí)行，在 MockApi 沒有定義該方法時(shí)，去調(diào)用 RealApi 的方法。其調(diào)用方式大概為：

RealApi api = MockManager.build(realApi, MockApi.class);

通過 javassist，完成上述功能很簡(jiǎn)單，創(chuàng)建一個(gè) ProxyFactory 對(duì)象，設(shè)置其 Superclass 為MockApi，然后過濾抽象方法，設(shè)置 method handler 調(diào)用 realApi 對(duì)象的同名同參方法。這里就不再給出代碼實(shí)現(xiàn)。

但是在 Android 上，javassist 的該方法會(huì)拋出

Caused by: java.lang.UnsupportedOperationException: can't load this type of class file 
  at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:520)
  at java.lang.reflect.Method.invoke(Native Method)
  at javassist.util.proxy.FactoryHelper.toClass2(FactoryHelper.java:182)

類似的異常。原因大概是 Android 上的虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)略微不同，所以這里把方向轉(zhuǎn)為了動(dòng)態(tài)代碼生成的另一個(gè)方向 Annotation Processor。

使用 Annotation Processor 實(shí)現(xiàn)的話，思路就簡(jiǎn)單的多了，但過程還是有些曲折：

首先定義一個(gè)注解，用來標(biāo)記需要構(gòu)造對(duì)象的抽象類

@Target(ElementType.TYPE)
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface MockApi {
}

Processor 根據(jù)注解來獲得類的 element 對(duì)象，該對(duì)象是一個(gè)類似 class 的對(duì)象。因?yàn)樵陬A(yù)編譯階段，class 尚未存在，此時(shí)使用 Class.forName 是不可以獲取運(yùn)行時(shí)需要的 Class 對(duì)象的，但是 Element 提供了類似 Class 反射相關(guān)的方法，也有 TypeElement、ExecutableElement 等區(qū)分。使用 Element 對(duì)象分析注解的抽象類的抽象方法有哪些，生成一個(gè)繼承該類的實(shí)現(xiàn)類（非抽象），并在該類中實(shí)現(xiàn)所有抽象方法，因?yàn)椴粫?huì)實(shí)際用到這些抽象方法，所以只需要能編譯通過就可以了，我選擇的方式是每個(gè)方法體都拋出一個(gè)異常，提示該方法為抽象方法不能直接調(diào)用。生成代碼的方法可以使用一些工具來簡(jiǎn)化工作，例如 AutoProcessor 和 JavaPoet，具體實(shí)現(xiàn)參考文尾的項(xiàng)目代碼，生成后的代碼大致像這樣：

// 生成的類名使用原類名+"$Impl"的后綴來命名，避免和其他類名沖突，后面也使用該約束進(jìn)行反射來調(diào)用該類
public final class MockApi$Impl extends MockApi {
 @Override
 public Observable<String> api1() {
 throw new IllegalStateException("api1() is an abstract method!");
 }
 @Override
 public Observable<String> api2() {
 throw new IllegalStateException("api2() is an abstract method!");
 }
}

根據(jù)該抽象類的類名去反射獲得該實(shí)現(xiàn)類，然后再根據(jù)反射調(diào)用其構(gòu)造方法構(gòu)造出一個(gè)實(shí)現(xiàn)對(duì)象。

// 獲得生成代碼構(gòu)造的對(duì)象
private static <T> T getImplObject(Class<T> cls) {
 try {
 return (T) Class.forName(cls.getName() + "$Impl").newInstance();
 } catch (Exception e) {
 return null;
 }
}

構(gòu)造一個(gè)動(dòng)態(tài)代理，傳入 RealApi 的真實(shí)對(duì)象，和上一步構(gòu)造出的抽象類的實(shí)現(xiàn)對(duì)象，根據(jù)抽象類中的定義來判斷由哪個(gè)對(duì)象代理其方法行為：如果抽象類中有定義，即該方法不是抽象方法，則抽象類的實(shí)現(xiàn)對(duì)象執(zhí)行；反之，由接口的真實(shí)對(duì)象執(zhí)行。

public static <Origin, Mock extends Origin> Origin build(final Origin origin, final Class<Mock> mockClass) {
 // 如果 Mock Class 標(biāo)記為關(guān)閉，則直接返回真實(shí)接口對(duì)象
 if (!isEnable(mockClass)) {
 return origin;
 }
 final Mock mockObject = getImplObject(mockClass);
 Class<?> originClass = origin.getClass().getInterfaces()[0];
 return (Origin) Proxy.newProxyInstance(originClass.getClassLoader(), new Class[]{originClass}, new InvocationHandler() { 
 @Override
 public Object invoke(Object o, Method method, Object[] objects) throws Throwable {  
  // 獲取定義的抽象類中的同名方法，判斷是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)
  Method mockMethod = null;
  try {
  mockMethod = mockClass.getDeclaredMethod(method.getName(), method.getParameterTypes());
  } catch (NoSuchMethodException ignored) {
  }  
  if (mockMethod == null || Modifier.isAbstract(mockMethod.getModifiers())) {
  return method.invoke(origin, objects);
  } else {
  return mockMethod.invoke(mockObject, objects);
  }
 }
 });
}

完成上述工作以后，就可以像開頭所說的那樣，使用 build 方法來構(gòu)造一個(gè)混合了真實(shí)接口和抽象類方法的代理對(duì)象了，雖然調(diào)用的類本質(zhì)上還是硬編碼，但是由 Annotation Processor 自動(dòng)生成免于手動(dòng)維護(hù)，使用上來講和使用 Javassist 實(shí)現(xiàn)還是基本相同的。

我用本文中所屬的方法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)模擬 retrofit 請(qǐng)求的工具（文尾有鏈接），但本質(zhì)上可以用它來實(shí)現(xiàn)很多需要構(gòu)造抽象類的需求，更多的使用場(chǎng)景還有待挖掘。

文中提到的源碼實(shí)現(xiàn)可以在項(xiàng)目 retrofit-mock-result 或本地下載中找到；

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