深度剖析java中JDK动态代理机制
本篇文章主要介绍了深度剖析java中JDK动态代理机制 ，动态代理避免了开发人员编写各个繁锁的静态代理类，只需简单地指定一组接口及目标类对象就能动态的获得代理对象。
摘要
相比于静态代理，动态代理避免了开发人员编写各个繁锁的静态代理类，只需简单地指定一组接口及目标类对象就能动态的获得代理对象。
代理模式
使用代理模式必须要让代理类和目标类实现相同的接口，客户端通过代理类来调用目标方法，代理类会将所有的方法调用分派到目标对象上反射执行，还可以在分派过程中添加"前置通知"和后置处理（如在调用目标方法前校验权限，在调用完目标方法后打印日志等）等功能。
使用动态代理的五大步骤
1.通过实现InvocationHandler接口来自定义自己的InvocationHandler;
2.通过Proxy.getProxyClass获得动态代理类
3.通过反射机制获得代理类的构造方法，方法签名为getConstructor(InvocationHandler.class)
4.通过构造函数获得代理对象并将自定义的InvocationHandler实例对象传为参数传入
5.通过代理对象调用目标方法
动态代理的使用
例1(方式一)
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public class MyProxy { public interface IHello{ void sayHello(); } static class Hello implements IHello{ public void sayHello() { System.out.println("Hello world!!"); } } //自定义InvocationHandler static class HWInvocationHandler implements InvocationHandler{ //目标对象 private Object target; public HWInvocationHandler(Object target){ this.target = target; } public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { System.out.println("------插入前置通知代码-------------"); //执行相应的目标方法 Object rs = method.invoke(target,args); System.out.println("------插入后置处理代码-------------"); return rs; } } public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetExc eption, InstantiationException { //生成$Proxy0的class文件 System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true"); //获取动态代理类 Class proxyClazz = Proxy.getProxyClass(IHello.class.getClassLoader(),IHello.class); //获得代理类的构造函数，并传入参数类型InvocationHandler.class Constructor constructor = proxyClazz.getConstructor(InvocationHandler.class); //通过构造函数来创建动态代理对象，将自定义的InvocationHandler实例传入 IHello iHello = (IHello) constructor.newInstance(new HWInvocationHandler(new Hello())); //通过代理对象调用目标方法 iHello.sayHello(); }} |
输出：
------插入前置通知代码-------------
Hello world!!
------插入后置处理代码-------------
Proxy类中还有个将2~4步骤封装好的简便方法来创建动态代理对象，其方法签名为：newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] instance, InvocationHandler h)，如下例：
(方式二)
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public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException { //生成$Proxy0的class文件 System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true"); IHello ihello = (IHello) Proxy.newProxyInstance(IHello.class.getClassLoader(), //加载接口的类加载器 new Class[]{IHello.class}, //一组接口 new HWInvocationHandler(new Hello())); //自定义的InvocationHandler ihello.sayHello(); } |
输出结果一样.
下面以newProxyInstance方法为切入点来剖析代理类的生成及代理方法的调用
（为了篇幅整洁去掉了次要的代码）
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public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<!--?-->[] interfaces, InvocationHandler h) throws IllegalArgumentException { if (h == null) { //如果h为空直接抛出异常，所以InvocationHandler实例对象是必须的 throw new NullPointerException(); } //对象的拷贝,暂不知道这里拷贝下的意义是啥？ final Class<!--?-->[] intfs = interfaces.clone(); //一些安全的权限检查 final SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); if (sm != null) { checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs); } //产生代理类 Class<!--?--> cl = getProxyClass0(loader, intfs); //获取代理类的构造函数对象 //参数constructorParames为常量值：private static final Class<!--?-->[] constructorParams = { InvocationHandler.class }; final Constructor<!--?--> cons = cl.getConstructor(constructorParames); final InvocationHandler ih = h; //根据代理类的构造函数对象来创建代理类对象 return newInstance(cons, ih); } |
这段代码就是对代理类对象的创建，就是对例1中34~38行封装，其中getProxyClass0就是生成代理类的方法
getProxyClass0方法剖析
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private static Class<!--?--> getProxyClass0(ClassLoader loader, Class<!--?-->... interfaces) {//接口数不得超过65535个 if (interfaces.length > 65535) { throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded"); }//代理类缓存，如果缓存中有代理类了直接返回，否则将由ProxyClassFactory创建代理类 return proxyClassCache.get(loader, interfaces); } |
看看ProxyClassFactory是怎样生成代理类的?
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private static final class ProxyClassFactory implements BiFunction<classloader, class<?="">[], Class<!--?-->> { //统一代理类的前缀名都以$Proxy开关 private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy"; //使用唯一的编号给作为代理类名的一部分，如$Proxy0,$Proxy1等 private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong(); @Override public Class<!--?--> apply(ClassLoader loader, Class<!--?-->[] interfaces) { Map<class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length); for (Class<!--?--> intf : interfaces) { //验证指定的类加载器(loader)加载接口所得到的Class对象(interfaceClass)是否与intf对象相同 Class<!--?--> interfaceClass = null; try { interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader); } catch (ClassNotFoundException e) { } if (interfaceClass != intf) { throw new IllegalArgumentException( intf + " is not visible from class loader"); } //验证该Class对象是不是接口 if (!interfaceClass.isInterface()) { throw new IllegalArgumentException( interfaceClass.getName() + " is not an interface"); } // 验证该接口是否重复了 if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) { throw new IllegalArgumentException( "repeated interface: " + interfaceClass.getName()); } } //声明代理类所在包 String proxyPkg = null; /*验证你传入的接口中是否有非public接口，只要有一个接口是非public的，那么这些接口都必须在同一包中 这里的接口修饰符直接影响到System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true")所生成 的代理类的路径，往下看！！*/ for (Class<!--?--> intf : interfaces) { int flags = intf.getModifiers(); if (!Modifier.isPublic(flags)) { String name = intf.getName(); int n = name.lastIndexOf('.'); //截取完整包名 String pkg = ((n == -1) ? "" : name.substring(0, n + 1)); if (proxyPkg == null) { proxyPkg = pkg; } else if (!pkg.equals(proxyPkg)) { throw new IllegalArgumentException( "non-public interfaces from different packages"); } } } if (proxyPkg == null) { /*如果都是public接口，那么生成的代理类就在com.sun.proxy包下如果报java.io.FileNotFoundException: com\sun\proxy\$Proxy0.c lass (系统找不到指定的路径。)的错误，就先在你项目中创建com.sun.proxy路径*/ proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + "."; } //将当前nextUniqueNumber的值以原子的方式的加1，所以第一次生成代理类的名字为$Proxy0.class long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement(); //代理类的完全限定名，如com.sun.proxy.$Proxy0.calss, String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num; //生成代理类字节码文件 byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass( proxyName, interfaces); try { return defineClass0(loader, proxyName, proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length); } catch (ClassFormatError e) { throw new IllegalArgumentException(e.toString()); } } }</class<?></classloader,> |
而生成代理类字节码文件又主要通过ProxyGenerate的generateProxyClass(proxyName，interfaces)
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public static byte[] generateProxyClass(final String var0, Class[] var1) { ProxyGenerator var2 = new ProxyGenerator(var0, var1); //生成代理类字节码文件的真正方法 final byte[] var3 = var2.generateClassFile(); //保存文件 if(saveGeneratedFiles) { AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() { public Void run() { try { FileOutputStream var1 = new FileOutputStream(ProxyGenerator.dotToSlash(var0) + ".class"); var1.write(var3); var1.close(); return null; } catch (IOException var2) { throw new InternalError("I/O exception saving generated file: " + var2); } } }); } return var3; } |
层层调用后，最终generateClassFile才是真正生成代理类字节码文件的方法，注意开头的三个addProxyMethod方法是只将Object的hashcode,equals,toString方法添加到代理方法容器中，代理类除此之外并没有重写其他Object的方法，所以除这三个方法外，代理类调用其他方法的行为与Object调用这些方法的行为一样不通过Invoke
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private byte[] generateClassFile() { /addProxyMethod系列方法就是将接口的方法和Object的hashCode,equals,toString方法添加到代理方法容器(proxyMethods), 其中方法签名作为key,proxyMethod作为value*/ /*hashCodeMethod方法位于静态代码块中通过Object对象获得，hashCodeMethod=Object.class.getMethod("hashCode",new Class[0]), 相当于从Object中继承过来了这三个方法equalsMethod,toStringMethod*/ this.addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class); --> this.addProxyMethod(equalsMethod, Object.class); this.addProxyMethod(toStringMethod, Object.class); int var1; int var3; //获得所有接口中的所有方法，并将方法添加到代理方法中 for(var1 = 0; var1 < this.interfaces.length; ++var1) { Method[] var2 = this.interfaces[var1].getMethods(); for(var3 = 0; var3 < var2.length; ++var3) { this.addProxyMethod(var2[var3], this.interfaces[var1]); } } Iterator var7 = this.proxyMethods.values().iterator(); List var8; while(var7.hasNext()) { var8 = (List)var7.next(); checkReturnTypes(var8); //验证具有相同方法签名的的方法的返回值类型是否一致，因为不可能有两个方法名相同,参数相同，而返回值却不同的方法 }; //接下来就是写代理类文件的步骤了 Iterator var11 try { //生成代理类的构造函数 this.methods.add(this.generateConstructor()); var7 = this.proxyMethods.values().iterator(); while(var7.hasNext()) { var8 = (List)var7.next(); var11 = var8.iterator(); while(var11.hasNext()) { ProxyGenerator.ProxyMethod var4 = (ProxyGenerator.ProxyMethod)var11.next(); /将代理字段声明为Method，10为ACC_PRIVATE和ACC_STATAIC的与运算，表示该字段的修饰符为private static 所以代理类的字段都是private static Method XXX*/ this.fields.add(new ProxyGenerator.FieldInfo(var4.methodFieldName, "Ljava/lang/reflect/Method;", 10)); //生成代理类的代理方法 this.methods.add(var4.generateMethod()); } } //为代理类生成静态代码块，对一些字段进行初始化 this.methods.add(this.generateStaticInitializer()); } catch (IOException var6) { throw new InternalError("unexpected I/O Exception"); } if(this.methods.size() > '\uffff') { //代理方法超过65535将抛出异常 throw new IllegalArgumentException("method limit exceeded"); } else if(this.fields.size() > '\uffff') { //代理类的字段超过65535将抛出异常 throw new IllegalArgumentException("field limit exceeded"); } else { //这里开始就是一些代理类文件的过程，此过程略过 this.cp.getClass(dotToSlash(this.className)); this.cp.getClass("java/lang/reflect/Proxy"); for(var1 = 0; var1 < this.interfaces.length; ++var1) { this.cp.getClass(dotToSlash(this.interfaces[var1].getName())); } this.cp.setReadOnly(); ByteArrayOutputStream var9 = new ByteArrayOutputStream(); DataOutputStream var10 = new DataOutputStream(var9); try { var10.writeInt(-889275714); var10.writeShort(0); var10.writeShort(49); this.cp.write(var10); var10.writeShort(49); var10.writeShort(this.cp.getClass(dotToSlash(this.className))); var10.writeShort(this.cp.getClass("java/lang/reflect/Proxy")); var10.writeShort(this.interfaces.length); for(var3 = 0; var3 < this.interfaces.length; ++var3) { var10.writeShort(this.cp.getClass(dotToSlash(this.interfaces[var3].getName()))); } var10.writeShort(this.fields.size()); var11 = this.fields.iterator(); while(var11.hasNext()) { ProxyGenerator.FieldInfo var12 = (ProxyGenerator.FieldInfo)var11.next(); var12.write(var10); } var10.writeShort(this.methods.size()); var11 = this.methods.iterator(); while(var11.hasNext()) { ProxyGenerator.MethodInfo var13 = (ProxyGenerator.MethodInfo)var11.next(); var13.write(var10); } var10.writeShort(0); return var9.toByteArray(); } catch (IOException var5) { throw new InternalError("unexpected I/O Exception"); } } } |
addProxyMethod方法剖析
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private void addProxyMethod(Method var1, Class var2) { String var3 = var1.getName(); //方法名 Class[] var4 = var1.getParameterTypes(); //方法参数类型数组 Class var5 = var1.getReturnType(); //返回值类型 Class[] var6 = var1.getExceptionTypes(); //异常类型 String var7 = var3 + getParameterDescriptors(var4); //方法签名 Object var8 = (List)this.proxyMethods.get(var7); //根据方法签名却获得proxyMethods的Value if(var8 != null) { //处理多个代理接口中重复的方法的情况 Iterator var9 = ((List)var8).iterator(); while(var9.hasNext()) { ProxyGenerator.ProxyMethod var10 = (ProxyGenerator.ProxyMethod)var9.next(); if(var5 == var10.returnType) { /*归约异常类型以至于让重写的方法抛出合适的异常类型，我认为这里可能是多个接口中有相同的方法，而这些相同的方法抛出的异常类 型又不同，所以对这些相同方法抛出的异常进行了归约*/ ArrayList var11 = new ArrayList(); collectCompatibleTypes(var6, var10.exceptionTypes, var11); collectCompatibleTypes(var10.exceptionTypes, var6, var11); var10.exceptionTypes = new Class[var11.size()]; //将ArrayList转换为Class对象数组 var10.exceptionTypes = (Class[])var11.toArray(var10.exceptionTypes); return; } } } else { var8 = new ArrayList(3); this.proxyMethods.put(var7, var8); } ((List)var8).add(new ProxyGenerator.ProxyMethod(var3, var4, var5, var6, var2, null)); /*24~27行的意思就是如果var8为空，就创建一个数组，并以方法签名为key,proxymethod对象数组为value添加到proxyMethods*/ } |
InvocationHandler的作用
在动态代理中InvocationHandler是核心，每个代理实例都具有一个关联的调用处理程序(InvocationHandler)。对代理实例调用方法时，将对方法调用进行编码并将其指派到它的调用处理程序(InvocationHandler)的 invoke 方法。所以对代理方法的调用都是通InvocationHadler的invoke来实现中，而invoke方法根据传入的代理对象，方法和参数来决定调用代理的哪个方法
invoke方法签名：invoke（Object Proxy，Method method，Object[] args）
$Proxy0.class
来看看例1(MyProxy)的代理类是怎样的？
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public final class $Proxy0 extends Proxy implements IHello { //继承了Proxy类和实现IHello接口 //变量，都是private static Method XXX private static Method m3; private static Method m1; private static Method m0; private static Method m2; //代理类的构造函数，其参数正是是InvocationHandler实例，Proxy.newInstance方法就是通过通过这个构造函数来创建代理实例的 public $Proxy0(InvocationHandler var1) throws { super(var1); } //接口代理方法 public final void sayHello() throws { try { super.h.invoke(this, m3, (Object[])null); } catch (RuntimeException | Error var2) { throw var2; } catch (Throwable var3) { throw new UndeclaredThrowableException(var3); } } //以下Object中的三个方法 public final boolean equals(Object var1) throws { try { return ((Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[]{var1})).booleanValue(); } catch (RuntimeException | Error var3) { throw var3; } catch (Throwable var4) { throw new UndeclaredThrowableException(var4); } } public final int hashCode() throws { try { return ((Integer)super.h.invoke(this, m0, (Object[])null)).intValue(); } catch (RuntimeException | Error var2) { throw var2; } catch (Throwable var3) { throw new UndeclaredThrowableException(var3); } } public final String toString() throws { try { return (String)super.h.invoke(this, m2, (Object[])null); } catch (RuntimeException | Error var2) { throw var2; } catch (Throwable var3) { throw new UndeclaredThrowableException(var3); } } //对变量进行一些初始化工作 static { try { m3 = Class.forName("com.mobin.proxy.IHello").getMethod("sayHello", new Class[0]); m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[]{Class.forName("java.lang.Object")}); m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]); m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]); } catch (NoSuchMethodException var2) { throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage()); } catch (ClassNotFoundException var3) { throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage()); } }} |
以上就是对代理类如何生成，代理类方法如何被调用的分析！在很多框架都使用了动态代理如Spring,HDFS的RPC调用等等，分析过程中收获很多，如果想深入的了解JDK动态代理机制一定要深入到源码去剖析！！希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持脚本之家。
