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Java JDK動(dòng)態(tài)代理的基本原理詳細(xì)介紹

 更新時(shí)間:2017年01月05日 11:00:23   作者:robin-yao  
這篇文章主要介紹了Java JDK動(dòng)態(tài)代理的基本原理詳細(xì)介紹的相關(guān)資料,這里對(duì)動(dòng)態(tài)代理進(jìn)行了詳解并附簡(jiǎn)單實(shí)例代碼,需要的朋友可以參考下

JDK動(dòng)態(tài)代理詳解

本文主要介紹JDK動(dòng)態(tài)代理的基本原理,讓大家更深刻的理解JDK Proxy,知其然知其所以然。明白JDK動(dòng)態(tài)代理真正的原理及其生成的過(guò)程,我們以后寫(xiě)JDK Proxy可以不用去查demo,就可以徒手寫(xiě)個(gè)完美的Proxy。下面首先來(lái)個(gè)簡(jiǎn)單的Demo,后續(xù)的分析過(guò)程都依賴(lài)這個(gè)Demo去介紹,例子采用JDK1.8運(yùn)行。

JDK Proxy HelloWorld

package com.yao.proxy;
/**
 * Created by robin
 */
public interface Helloworld {
  void sayHello();
}
package com.yao.proxy;
import com.yao.HelloWorld;
/**
 * Created by robin
 */
public class HelloworldImpl implements HelloWorld {
  public void sayHello() {
    System.out.print("hello world");
  }
}
package com.yao.proxy;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
/**
 * Created by robin
 */
public class MyInvocationHandler implements InvocationHandler{
  private Object target;
  public MyInvocationHandler(Object target) {
    this.target=target;
  }
  public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
    System.out.println("method :"+ method.getName()+" is invoked!");
    return method.invoke(target,args);
  }
}
package com.yao.proxy;
import com.yao.HelloWorld;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Proxy;

/**
 * Created by robin
 */
public class JDKProxyTest {
  public static void main(String[]args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
    //這里有兩種寫(xiě)法,我們采用略微復(fù)雜的一種寫(xiě)法,這樣更有助于大家理解。
    Class<?> proxyClass= Proxy.getProxyClass(JDKProxyTest.class.getClassLoader(),HelloWorld.class);
    final Constructor<?> cons = proxyClass.getConstructor(InvocationHandler.class);
    final InvocationHandler ih = new MyInvocationHandler(new HelloworldImpl());
    HelloWorld helloWorld= (HelloWorld)cons.newInstance(ih);
    helloWorld.sayHello();

    //下面是更簡(jiǎn)單的一種寫(xiě)法,本質(zhì)上和上面是一樣的
    /* 
    HelloWorld helloWorld=(HelloWorld)Proxy.
         newProxyInstance(JDKProxyTest.class.getClassLoader(),
            new Class<?>[]{HelloWorld.class},
            new MyInvocationHandler(new HelloworldImpl()));
    helloWorld.sayHello();
    */
  }

}

運(yùn)行上面的代碼,這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的JDK Proxy就實(shí)現(xiàn)了。

代理生成過(guò)程

我們之所以天天叫JDK動(dòng)態(tài)代理,是因?yàn)檫@個(gè)代理class是由JDK在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)幫我們生成。在解釋代理生成過(guò)程前,我們先把-Dsun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles=true 這個(gè)參數(shù)加入到JVM 啟動(dòng)參數(shù)中,它的作用是幫我們把JDK動(dòng)態(tài)生成的proxy class 的字節(jié)碼保存到硬盤(pán)中,幫助我們查看具體生成proxy的內(nèi)容。我用的Intellij IDEA ,代理class生成后直接放在項(xiàng)目的根目錄下的,以具體的包名為目錄結(jié)構(gòu)。

代理類(lèi)生成的過(guò)程主要包括兩部分:

  • 代理類(lèi)字節(jié)碼生成
  • 把字節(jié)碼通過(guò)傳入的類(lèi)加載器加載到虛擬機(jī)中

Proxy類(lèi)的getProxyClass方法入口:需要傳入類(lèi)加載器和interface

然后調(diào)用getProxyClass0方法,里面的注解解釋很清楚,如果實(shí)現(xiàn)當(dāng)前接口的代理類(lèi)存在,直接從緩存中返回,如果不存在,則通過(guò)ProxyClassFactory來(lái)創(chuàng)建。這里可以明顯看到有對(duì)interface接口數(shù)量的限制,不能超過(guò)65535。其中proxyClassCache具體初始化信息如下:

proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory());

其中創(chuàng)建代理類(lèi)的具體邏輯是通過(guò)ProxyClassFactory的apply方法來(lái)創(chuàng)建的。

ProxyClassFactory里的邏輯包括了包名的創(chuàng)建邏輯,調(diào)用ProxyGenerator. generateProxyClass生成代理類(lèi),把代理類(lèi)字節(jié)碼加載到JVM。

1.包名生成邏輯默認(rèn)是com.sun.proxy,如果被代理類(lèi)是 non-public proxy interface ,則用和被代理類(lèi)接口一樣的包名,類(lèi)名默認(rèn)是$Proxy 加上一個(gè)自增的整數(shù)值。

2.包名類(lèi)名準(zhǔn)備好后,就是通過(guò)ProxyGenerator. generateProxyClass根據(jù)具體傳入的接口創(chuàng)建代理字節(jié)碼,-Dsun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles=true 這個(gè)參數(shù)就是在該方法起到作用,如果為true則保存字節(jié)碼到磁盤(pán)。代理類(lèi)中,所有的代理方法邏輯都一樣都是調(diào)用invocationHander的invoke方法,這個(gè)我們可以看后面具體代理反編譯結(jié)果。

 3.把字節(jié)碼通過(guò)傳入的類(lèi)加載器加載到JVM中: defineClass0(loader, proxyName,proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);。

 private static final class ProxyClassFactory
    implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
  {
    // prefix for all proxy class names
    private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";

    // next number to use for generation of unique proxy class names
    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) {
        /*
         * Verify that the class loader resolves the name of this
         * interface to the same Class object.
         */
        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");
        }
        /*
         * Verify that the Class object actually represents an
         * interface.
         */
        if (!interfaceClass.isInterface()) {
          throw new IllegalArgumentException(
            interfaceClass.getName() + " is not an interface");
        }
        /*
         * Verify that this interface is not a duplicate.
         */
        if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
          throw new IllegalArgumentException(
            "repeated interface: " + interfaceClass.getName());
        }
      }

      String proxyPkg = null;   // package to define proxy class in
      int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;

      /*
       * Record the package of a non-public proxy interface so that the
       * proxy class will be defined in the same package. Verify that
       * all non-public proxy interfaces are in the same package.
       */
      //生成包名和類(lèi)名邏輯
      for (Class<?> intf : interfaces) {
        int flags = intf.getModifiers();
        if (!Modifier.isPublic(flags)) {
          accessFlags = Modifier.FINAL;
          String name = intf.getName();
          int n = name.lastIndexOf('.');
          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) {
        // if no non-public proxy interfaces, use com.sun.proxy package
        proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
      }

      /*
       * Choose a name for the proxy class to generate.
       */
      long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
      String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;

      /*
       * Generate the specified proxy class. 生成代理類(lèi)的字節(jié)碼
       * -Dsun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles=true 在該部起作用
       */
      byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
        proxyName, interfaces, accessFlags);
      try {
        //加載到JVM中
        return defineClass0(loader, proxyName,
                  proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
      } catch (ClassFormatError e) {
        /*
         * A ClassFormatError here means that (barring bugs in the
         * proxy class generation code) there was some other
         * invalid aspect of the arguments supplied to the proxy
         * class creation (such as virtual machine limitations
         * exceeded).
         */
        throw new IllegalArgumentException(e.toString());
      }
    }
  }

我們可以根據(jù)代理類(lèi)的字節(jié)碼進(jìn)行反編譯,可以得到如下結(jié)果,其中HelloWorld只有sayHello方法,但是代理類(lèi)中有四個(gè)方法 包括了Object上的三個(gè)方法:equals,toString,hashCode。

代理的大概結(jié)構(gòu)包括4部分:

  • 靜態(tài)字段:被代理的接口所有方法都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的靜態(tài)方法變量;
  • 靜態(tài)塊:主要是通過(guò)反射初始化靜態(tài)方法變量;
  • 具體每個(gè)代理方法:邏輯都差不多就是 h.invoke,主要是調(diào)用我們定義好的invocatinoHandler邏輯,觸發(fā)目標(biāo)對(duì)象target上對(duì)應(yīng)的方法;
  • 構(gòu)造函數(shù):從這里傳入我們InvocationHandler邏輯;
package com.sun.proxy;

import com.yao.HelloWorld;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;

public final class $Proxy0 extends Proxy implements HelloWorld {
  private static Method m1;
  private static Method m3;
  private static Method m2;
  private static Method m0;

  public $Proxy0(InvocationHandler var1) throws {
    super(var1);
  }

  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 void sayHello() throws {
    try {
      super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);
    } 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);
    }
  }

  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);
    }
  }

  static {
    try {
      m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[]{Class.forName("java.lang.Object")});
      m3 = Class.forName("com.yao.HelloWorld").getMethod("sayHello", new Class[0]);
      m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
      m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
    } catch (NoSuchMethodException var2) {
      throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());
    } catch (ClassNotFoundException var3) {
      throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());
    }
  }
}

常見(jiàn)問(wèn)題:

1.toString() hashCode() equal()方法 調(diào)用邏輯:這個(gè)三個(gè)Object上的方法,如果被調(diào)用將和其他接口方法方法處理邏輯一樣,都會(huì)經(jīng)過(guò)invocationHandler邏輯,從上面的字節(jié)碼結(jié)果就可以明顯看出。其他Object上的方法將不會(huì)走代理處理邏輯,直接走Proxy繼承的Object上方法邏輯。

2.interface 含有equals,toString hashCode方法時(shí),和處理普通接口方法一樣,都會(huì)走invocation handler邏輯,以目標(biāo)對(duì)象重寫(xiě)的邏輯為準(zhǔn)去觸發(fā)方法邏輯;

3.interface含有重復(fù)的方法簽名,以接口傳入順序?yàn)闇?zhǔn),誰(shuí)在前面就用誰(shuí)的方法,代理類(lèi)中只會(huì)保留一個(gè),不會(huì)有重復(fù)的方法簽名;

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