Java如何實例化一個抽象類對象

這篇文章主要介紹Java如何實例化一個抽象類對象，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，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例化的。但是很多時候抽象類的該特點成為一個比較麻煩的阻礙。例如如果我想使用動態代理來給一個抽象類賦予其執行抽象方法的能力，就會有兩個困難：1. 動態代理只能創建實現接口的一個代理對象，而不能是一個繼承抽象類的對象。為此標準的 JVM 中有一些實現，例如 javassist 可以使用字節碼工具來完成這一目的(ProxyFactory)。

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

這里詳細描述一下第一段所說的場景：

首先有一個 interface 文件定義如下（熟悉 Android 的朋友可以看出這是一個提供給 Retrofit 生成代理對象的 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
}

其次再寫一個抽象類，只實現接口的其中一個方法（用來模擬接口數據）：

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

然后我們需要有一個工具，例如 MockManager ，讓他結合我們已存在的 RealApi 對象和 MockApi 類，來構造出一個混合對象，該對象在執行 MockApi 中已經定義的方法時，為直接執行，在 MockApi 沒有定義該方法時，去調用 RealApi 的方法。其調用方式大概為：

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

通過 javassist，完成上述功能很簡單，創建一個 ProxyFactory 對象，設置其 Superclass 為MockApi，然后過濾抽象方法，設置 method handler 調用 realApi 對象的同名同參方法。這里就不再給出代碼實現。

但是在 Android 上，javassist 的該方法會拋出

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 上的虛擬機的實現和標準略微不同，所以這里把方向轉為了動態代碼生成的另一個方向 Annotation Processor。

使用 Annotation Processor 實現的話，思路就簡單的多了，但過程還是有些曲折：

首先定義一個注解，用來標記需要構造對象的抽象類

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

Processor 根據注解來獲得類的 element 對象，該對象是一個類似 class 的對象。因為在預編譯階段，class 尚未存在，此時使用 Class.forName 是不可以獲取運行時需要的 Class 對象的，但是 Element 提供了類似 Class 反射相關的方法，也有 TypeElement、ExecutableElement 等區分。使用 Element 對象分析注解的抽象類的抽象方法有哪些，生成一個繼承該類的實現類（非抽象），并在該類中實現所有抽象方法，因為不會實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方法體都拋出一個異常，提示該方法為抽象方法不能直接調用。生成代碼的方法可以使用一些工具來簡化工作，例如 AutoProcessor 和 JavaPoet，具體實現參考文尾的項目代碼，生成后的代碼大致像這樣：

// 生成的類名使用原類名+"$Impl"的后綴來命名，避免和其他類名沖突，后面也使用該約束進行反射來調用該類
public final class MockApi$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!");
 }
}

根據該抽象類的類名去反射獲得該實現類，然后再根據反射調用其構造方法構造出一個實現對象。

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

構造一個動態代理，傳入 RealApi 的真實對象，和上一步構造出的抽象類的實現對象，根據抽象類中的定義來判斷由哪個對象代理其方法行為：如果抽象類中有定義，即該方法不是抽象方法，則抽象類的實現對象執行；反之，由接口的真實對象執行。

public static <Origin, Mock extends Origin> Origin build(final Origin origin, final Class<Mock> mockClass) {
 // 如果 Mock Class 標記為關閉，則直接返回真實接口對象
 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，判斷是否已經實現
  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 方法來構造一個混合了真實接口和抽象類方法的代理對象了，雖然調用的類本質上還是硬編碼，但是由 Annotation Processor 自動生成免于手動維護，使用上來講和使用 Javassist 實現還是基本相同的。

我用本文中所屬的方法實現了一個模擬 retrofit 請求的工具（文尾有鏈接），但本質上可以用它來實現很多需要構造抽象類的需求，更多的使用場景還有待挖掘。

文中提到的源碼實現可以在項目 retrofit-mock-result 或本地下載中找到；

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