jdk动态代理的实现原理

转自：https://blog.csdn.net/tyrroo/article/details/79072796
关于JDK的动态代理，最为人熟知要可能要数Spring AOP的实现，默认情况下，Spring AOP的实现对于接口来说就是使用的JDK的动态代理来实现的，而对于类的代理使用CGLIB来实现。那么，什么是JDK的动态代理呢？
JDK的动态代理，就是在程序运行的过程中，根据被代理的接口来动态生成代理类的class文件，并加载运行的过程。JDK从1.3开始支持动态代理。那么JDK是如何生成动态代理的呢？JDK动态代理为什么不支持类的代理，只支持接口的代理？
首先来看一下如何使用JDK动态代理。JDK提供了java.lang.reflect.Proxy类来实现动态代理的，可通过它的newProxyInstance来获得代理实现类。同时对于代理的接口的实际处理，是一个java.lang.reflect.InvocationHandler，它提供了一个invoke方法供实现者提供相应的代理逻辑的实现。可以对实际的实现进行一些特殊的处理，像Spring AOP中的各种advice。下面来看看如何使用。
被代理的接口
[java] view plain copy
 
 
  1. package com.mikan.proxy;  
  2.   
  3. /** 
  4.  * @author Mikan 
  5.  * @date 2015-09-15 18:00 
  6.  */  
  7. public interface HelloWorld {  
  8.   
  9.     void sayHello(String name);  
  10.   
  11. }  
接口的实现类：
[java] view plain copy
 
 
  1. package com.mikan.proxy;  
  2.   
  3. /** 
  4.  * @author Mikan 
  5.  * @date 2015-09-15 18:01 
  6.  */  
  7. public class HelloWorldImpl implements HelloWorld {  
  8.     @Override  
  9.     public void sayHello(String name) {  
  10.         System.out.println("Hello " + name);  
  11.     }  
  12. }  
实现一个java.lang.reflect.InvocationHandler：
[java] view plain copy
 
 
  1. package com.mikan.proxy;  
  2.   
  3. import java.lang.reflect.InvocationHandler;  
  4. import java.lang.reflect.Method;  
  5.   
  6. /** 
  7.  * @author Mikan 
  8.  * @date 2015-09-15 19:53 
  9.  */  
  10. public class CustomInvocationHandler implements InvocationHandler {  
  11.     private Object target;  
  12.   
  13.     public CustomInvocationHandler(Object target) {  
  14.         this.target = target;  
  15.     }  
  16.   
  17.     @Override  
  18.     public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {  
  19.         System.out.println("Before invocation");  
  20.         Object retVal = method.invoke(target, args);  
  21.         System.out.println("After invocation");  
  22.         return retVal;  
  23.     }  
  24. }  
使用代理：
[java] view plain copy
 
 
  1. package com.mikan.proxy;  
  2.   
  3. import java.lang.reflect.Proxy;  
  4.   
  5. /** 
  6.  * @author Mikan 
  7.  * @date 2015-09-15 18:01 
  8.  */  
  9. public class ProxyTest {  
  10.   
  11.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
  12.         System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");  
  13.   
  14.         CustomInvocationHandler handler = new CustomInvocationHandler(new HelloWorldImpl());  
  15.         HelloWorld proxy = (HelloWorld) Proxy.newProxyInstance(  
  16.                 ProxyTest.class.getClassLoader(),  
  17.                 new Class[]{HelloWorld.class},  
  18.                 handler);  
  19.         proxy.sayHello("Mikan");  
  20.     }  
  21.   
  22. }  
运行的输出结果：
[plain] view plain copy
 
 
  1. localhost:classes mikan$ java com/mikan/proxy/ProxyTest  
  2. Before invocation  
  3. Hello Mikan  
  4. After invocation  
从上面可以看出，JDK的动态代理使用起来非常简单，但是只知道如何使用是不够的，知其然，还需知其所以然。所以要想搞清楚它的实现，那么得从源码入手。这里的源码是1.7.0_79。首先来看看它是如何生成代理类的：
[java] view plain copy
 
 
  1. public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,  
  2.                                       Class<?>[] interfaces,  
  3.                                       InvocationHandler h)  
  4.     throws IllegalArgumentException {  
  5.     if (h == null) {  
  6.         throw new NullPointerException();  
  7.     }  
  8.   
  9.     final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();  
  10.     final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();  
  11.     if (sm != null) {  
  12.         checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);  
  13.     }  
  14.     // 这里是生成class的地方  
  15.     Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);  
  16.     // 使用我们实现的InvocationHandler作为参数调用构造方法来获得代理类的实例  
  17.     try {  
  18.         final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);  
  19.         final InvocationHandler ih = h;  
  20.         if (sm != null && ProxyAccessHelper.needsNewInstanceCheck(cl)) {  
  21.             return AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Object>() {  
  22.                 public Object run() {  
  23.                     return newInstance(cons, ih);  
  24.                 }  
  25.             });  
  26.         } else {  
  27.             return newInstance(cons, ih);  
  28.         }  
  29.     } catch (NoSuchMethodException e) {  
  30.         throw new InternalError(e.toString());  
  31.     }  
  32. }  
其中newInstance只是调用Constructor.newInstance来构造相应的代理类实例，这里重点是看getProxyClass0这个方法的实现：
[java] view plain copy
 
 
  1. private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,  
  2.                                        Class<?>... interfaces) {  
  3.     // 代理的接口数量不能超过65535（没有这种变态吧）  
  4.     if (interfaces.length > 65535) {  
  5.         throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");  
  6.     }  
  7.     // JDK对代理进行了缓存，如果已经存在相应的代理类，则直接返回，否则才会通过ProxyClassFactory来创建代理  
  8.     return proxyClassCache.get(loader, interfaces);  
  9. }  
其中代理缓存是使用WeakCache实现的，如下
[java] view plain copy
 
 
  1. private static final WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>  
  2.     proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory());  
具体的缓存逻辑这里暂不关心，只需要关心ProxyClassFactory是如何生成代理类的，ProxyClassFactory是Proxy的一个静态内部类，实现了WeakCache的内部接口BiFunction的apply方法：
[java] view plain copy
 
 
  1. private static final class ProxyClassFactory  
  2.     implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>> {  
  3.     // 所有代理类名字的前缀  
  4.     private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";  
  5.   
  6.     // 用于生成代理类名字的计数器  
  7.     private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();  
  8.   
  9.     @Override  
  10.     public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {  
  11.         // 省略验证代理接口的代码……  
  12.   
  13.         String proxyPkg = null;     // 生成的代理类的包名  
  14.         // 对于非公共接口，代理类的包名与接口的相同  
  15.         for (Class<?> intf : interfaces) {  
  16.             int flags = intf.getModifiers();  
  17.             if (!Modifier.isPublic(flags)) {  
  18.                 String name = intf.getName();  
  19.                 int n = name.lastIndexOf('.');  
  20.                 String pkg = ((n == -1) ? "" : name.substring(0, n + 1));  
  21.                 if (proxyPkg == null) {  
  22.                     proxyPkg = pkg;  
  23.                 } else if (!pkg.equals(proxyPkg)) {  
  24.                     throw new IllegalArgumentException(  
  25.                         "non-public interfaces from different packages");  
  26.                 }  
  27.             }  
  28.         }  
  29.   
  30.         // 对于公共接口的包名，默认为com.sun.proxy  
  31.         if (proxyPkg == null) {  
  32.             proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";  
  33.         }  
  34.   
  35.         // 获取计数  
  36.         long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();  
  37.         // 默认情况下，代理类的完全限定名为：com.sun.proxy.$Proxy0，com.sun.proxy.$Proxy1……依次递增  
  38.         String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;  
  39.   
  40.         // 这里才是真正的生成代理类的字节码的地方  
  41.         byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(  
  42.             proxyName, interfaces);  
  43.         try {  
  44.             // 根据二进制字节码返回相应的Class实例  
  45.             return defineClass0(loader, proxyName,  
  46.                                 proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);  
  47.         } catch (ClassFormatError e) {  
  48.             throw new IllegalArgumentException(e.toString());  
  49.         }  
  50.     }  
  51. }  
ProxyGenerator是sun.misc包中的类，它没有开源，但是可以反编译来一探究竟：
[java] view plain copy
 
 
  1. public static byte[] generateProxyClass(final String var0, Class[] var1) {  
  2.     ProxyGenerator var2 = new ProxyGenerator(var0, var1);  
  3.     final byte[] var3 = var2.generateClassFile();  
  4.     // 这里根据参数配置，决定是否把生成的字节码（.class文件）保存到本地磁盘，我们可以通过把相应的class文件保存到本地，再反编译来看看具体的实现，这样更直观  
  5.     if(saveGeneratedFiles) {  
  6.         AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {  
  7.             public Void run() {  
  8.                 try {  
  9.                     FileOutputStream var1 = new FileOutputStream(ProxyGenerator.dotToSlash(var0) + ".class");  
  10.                     var1.write(var3);  
  11.                     var1.close();  
  12.                     return null;  
  13.                 } catch (IOException var2) {  
  14.                     throw new InternalError("I/O exception saving generated file: " + var2);  
  15.                 }  
  16.             }  
  17.         });  
  18.     }  
  19.     return var3;  
  20. }  
saveGeneratedFiles这个属性的值从哪里来呢：
[java] view plain copy
 
 
  1. private static final boolean saveGeneratedFiles = ((Boolean)AccessController.doPrivileged(new GetBooleanAction("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles"))).booleanValue();  
GetBooleanAction实际上是调用Boolean.getBoolean(propName)来获得的，而Boolean.getBoolean(propName)调用了System.getProperty(name)，所以我们可以设置sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles这个系统属性为true来把生成的class保存到本地文件来查看。

这里要注意，当把这个属性设置为true时，生成的class文件及其所在的路径都需要提前创建，否则会抛出FileNotFoundException异常。如：

[java] view plain copy
 
 
  1. Exception in thread "main" java.lang.InternalError: I/O exception saving generated file: java.io.FileNotFoundException: com/sun/proxy/$Proxy0.class (No such file or directory)  
  2. at sun.misc.ProxyGenerator$1.run(ProxyGenerator.java:336)  
  3. at sun.misc.ProxyGenerator$1.run(ProxyGenerator.java:327)  
  4. at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)  
  5. at sun.misc.ProxyGenerator.generateProxyClass(ProxyGenerator.java:326)  
  6. at java.lang.reflect.Proxy$ProxyClassFactory.apply(Proxy.java:672)  
  7. at java.lang.reflect.Proxy$ProxyClassFactory.apply(Proxy.java:592)  
  8. at java.lang.reflect.WeakCache$Factory.get(WeakCache.java:244)  
  9. at java.lang.reflect.WeakCache.get(WeakCache.java:141)  
  10. at java.lang.reflect.Proxy.getProxyClass0(Proxy.java:455)  
  11. at java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance(Proxy.java:738)  
  12. at com.mikan.proxy.ProxyTest.main(ProxyTest.java:15)  
  13. at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)  
  14. at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)  
  15. at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)  
  16. at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)  
  17. at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:140)  
即我们要在运行当前main方法的路径下创建com/sun/proxy目录，并创建一个$Proxy0.class文件，才能够正常运行并保存class文件内容。

反编译$Proxy0.class文件，如下所示：

[java] view plain copy
 
 
  1. package com.sun.proxy;  
  2.   
  3. import com.mikan.proxy.HelloWorld;  
  4. import java.lang.reflect.InvocationHandler;  
  5. import java.lang.reflect.Method;  
  6. import java.lang.reflect.Proxy;  
  7. import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;  
  8.   
  9. public final class $Proxy0 extends Proxy implements HelloWorld {  
  10.   private static Method m1;  
  11.   private static Method m3;  
  12.   private static Method m0;  
  13.   private static Method m2;  
  14.   
  15.   public $Proxy0(InvocationHandler paramInvocationHandler) {  
  16.     super(paramInvocationHandler);  
  17.   }  
  18.   
  19.   public final boolean equals(Object paramObject) {  
  20.     try {  
  21.       return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue();  
  22.     }  
  23.     catch (Error|RuntimeException localError) {  
  24.       throw localError;  
  25.     }  
  26.     catch (Throwable localThrowable) {  
  27.       throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);  
  28.     }  
  29.   }  
  30.   
  31.   public final void sayHello(String paramString) {  
  32.     try {  
  33.       this.h.invoke(this, m3, new Object[] { paramString });  
  34.       return;  
  35.     }  
  36.     catch (Error|RuntimeException localError) {  
  37.       throw localError;  
  38.     }  
  39.     catch (Throwable localThrowable) {  
  40.       throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);  
  41.     }  
  42.   }  
  43.   
  44.   public final int hashCode() {  
  45.     try {  
  46.       return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue();  
  47.     }  
  48.     catch (Error|RuntimeException localError) {  
  49.       throw localError;  
  50.     }  
  51.     catch (Throwable localThrowable) {  
  52.       throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);  
  53.     }  
  54.   }  
  55.   
  56.   public final String toString() {  
  57.     try {  
  58.       return (String)this.h.invoke(this, m2, null);  
  59.     }  
  60.     catch (Error|RuntimeException localError) {  
  61.       throw localError;  
  62.     }  
  63.     catch (Throwable localThrowable) {  
  64.       throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);  
  65.     }  
  66.   }  
  67.   
  68.   static {  
  69.     try {  
  70.       m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") });  
  71.       m3 = Class.forName("com.mikan.proxy.HelloWorld").getMethod("sayHello", new Class[] { Class.forName("java.lang.String") });  
  72.       m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);  
  73.       m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);  
  74.       return;  
  75.     }  
  76.     catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException) {  
  77.       throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());  
  78.     }  
  79.     catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException) {  
  80.       throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());  
  81.     }  
  82.   }  
  83. }  
可以看到，动态生成的代理类有如下特性：

 

 

  1. 继承了Proxy类，实现了代理的接口，由于java不能多继承，这里已经继承了Proxy类了，不能再继承其他的类，所以JDK的动态代理不支持对实现类的代理，只支持接口的代理。
  2. 提供了一个使用InvocationHandler作为参数的构造方法。
  3. 生成静态代码块来初始化接口中方法的Method对象，以及Object类的equals、hashCode、toString方法。
  4. 重写了Object类的equals、hashCode、toString，它们都只是简单的调用了InvocationHandler的invoke方法，即可以对其进行特殊的操作，也就是说JDK的动态代理还可以代理上述三个方法。
  5. 代理类实现代理接口的sayHello方法中，只是简单的调用了InvocationHandler的invoke方法，我们可以在invoke方法中进行一些特殊操作，甚至不调用实现的方法，直接返回。

 

至此JDK动态代理的实现原理就分析的差不多了。同时我们可以想像一下Spring AOP提供的各种拦截该如何实现，就已经很明了了，如下所示：

 

[java] view plain copy
 
 
  1. public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {  
  2.     // BeforeAdvice  
  3.     Object retVal = null;  
  4.     try {  
  5.         // AroundAdvice  
  6.         retVal = method.invoke(target, args);  
  7.         // AroundAdvice  
  8.         // AfterReturningAdvice  
  9.     }  
  10.     catch (Throwable e) {  
  11.         // AfterThrowingAdvice  
  12.     }  
  13.     finally {  
  14.         // AfterAdvice  
  15.     }  
  16.     return retVal;  
  17. }  
上面是对于Spring AOP使用JDK动态代理实现的基本框架代码，当然具体的实现肯定比这个复杂得多，但是基本原理不外乎如是。所以理解基本原理对于理解其他的代码也是很有好处的。
posted on 2018-11-22 16:42  毛会懂  阅读(259)  评论(0)  编辑  收藏  举报
Copyright © 2024 毛会懂
Powered by .NET 9.0 on Kubernetes Powered by: 博客园