JAVA 动态代理原理和实现
在 Java 中动态代理和代理都很常见，几乎是所有主流框架都用到过的知识。在面试中也是经常被提到的话题，于是便总结了本文。
Java动态代理的基本原理为：被代理对象需要实现某个接口（这是前提），代理对象会拦截对被代理对象的方法调用，在其中可以全然抛弃被代理对象的方法实现而完成另外的功能，也可以在被代理对象方法调用的前后增加一些额外的功能。
动态代理可以为其他对象提供一个代理以控制对某个对象的访问。
代理类负责为委托类预处理消息，过滤消息并转发消息，以及进行消息被委托类执行后的后续处理。
JDK 动态代理
动态代理的核心其实就是代理对象的生成，即 Proxy.newProxyInstance(classLoader, proxyInterface, handler)。
让我们进入newProxyInstance方法观摩下，核心代码其实就三行。
这个方法需要三个参数：
- ClassLoader，用于加载代理类的 Loader 类，通常这个 Loader 和被代理的类是同一个 Loader 类。
- Interfaces，是要被代理的那些那些接口。
- InvocationHandler，就是用于执行除了被代理接口中方法之外的用户自定义的操作，他也是用户需要代理的最终目的。用户调用目标方法都被代理到 InvocationHandler 类中定义的唯一方法 invoke 中。
//获取代理类
Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);
//获取带有InvocationHandler参数的构造方法
Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
//把handler传入构造方法生成实例
return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });
一个典型的动态代理创建对象过程可分为以下四个步骤：
1、通过实现InvocationHandler接口创建调用处理器
IvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(...);
2、通过为Proxy类指定ClassLoader对象和一组interface创建动态代理类
Class clazz = Proxy.getProxyClass(classLoader,new Class[]{...});
3、通过反射机制获取动态代理类的构造函数，其参数类型是调用处理器接口类型
Constructor constructor = clazz.getConstructor(new Class[]{InvocationHandler.class});
4、通过构造函数创建代理类实例，此时需将调用处理器对象作为参数被传入
Interface Proxy = (Interface)constructor.newInstance(new Object[] (handler));
为了简化对象创建过程，Proxy类中的newProxyInstance方法封装了2~4，只需两步即可完成代理对象的创建。
Subject proxySubject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(Subject.class.getClassLoader(),
new Class[]{Subject.class}, new InvocationHandlerImpl (real));
生成的proxySubject继承Proxy类实现Subject接口。实现的Subject的方法实际是调用处理器的invoke方法，而invoke方法利用反射调用的是被代理对象的方法（Object result=method.invoke(proxied,args)）； 重点Proxy.newProxyInstance，源码分析，会在其他文档中单独总结记录。类Proxy的getProxyClass方法调用ProxyGenerator的 generateProxyClass方法产生ProxySubject.class的二进制数据。
创建代理对象时序图
获取代理类
getProxyClass(loader, interfaces)方法用于获取代理类，它主要做了三件事情：
在当前类加载器的缓存里搜索是否有代理类，没有则生成代理类并缓存在本地JVM里。
// 缓存的key使用接口名称生成的List
Object key = Arrays.asList(interfaceNames);
synchronized (cache) {
do {
Object value = cache.get(key);
// 缓存里保存了代理类的引用
if (value instanceof Reference) {
proxyClass = (Class) ((Reference) value).get();
}
if (proxyClass != null) {
// 代理类已经存在则返回
return proxyClass;
} else if (value == pendingGenerationMarker) {
// 如果代理类正在产生，则等待
try {
cache.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
continue;
} else {
//没有代理类，则标记代理准备生成
cache.put(key, pendingGenerationMarker);
break;
}
} while (true);
}
生成并加载代理类
代理类的生成主要是以下这两行代码：
//生成代理类的字节码文件并保存到硬盘中(默认不保存到硬盘)
proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces);
//使用类加载器将字节码加载到内存中
proxyClass = defineClass0(loader, proxyName,proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
代理类的生成过程
ProxyGenerator.generateProxyClass()方法属于sun.misc包下，Oracle并没有提供源代码，但是我们可以使用 JD-GUI这样的反编译软件打开jre\lib\rt.jar来一探究竟，以下是其核心代码的分析。
//添加接口中定义的方法，此时方法体为空
for (int i = 0; i < this.interfaces.length; i++) {
localObject1 = this.interfaces[i].getMethods();
for (int k = 0; k < localObject1.length; k++) {
addProxyMethod(localObject1[k], this.interfaces[i]);
}
}
//添加一个带有InvocationHandler的构造方法
MethodInfo localMethodInfo = new MethodInfo("<init>", "(Ljava/lang/reflect/InvocationHandler;)V", 1);
//循环生成方法体代码（省略）
//方法体里生成调用InvocationHandler的invoke方法代码。（此处有所省略）
this.cp.getInterfaceMethodRef("InvocationHandler", "invoke", "Object; Method; Object;")
//将生成的字节码，写入硬盘，前面有个if判断，默认情况下不保存到硬盘。
localFileOutputStream = new FileOutputStream(ProxyGenerator.access$000(this.val$name) + ".class");
localFileOutputStream.write(this.val$classFile);
生成的代理类源码
那么通过以上分析，我们可以推出动态代理为我们生成了一个这样的代理类。把方法doSomeThing的方法体修改为调用LogInvocationHandler的invoke方法。
public class ProxyBusiness extends Proxy implements IBusiness, IBusiness2 {
private LogInvocationHandler h;
@Override
public void doSomeThing2() {
try {
Method m = (h.target).getClass().getMethod("doSomeThing2",null);
h.invoke(this, m, null);
} catch (Throwable e) {
// 异常处理（略）
}
}
@Override
public boolean doSomeThing() {
try {
Method m = (h.target).getClass().getMethod("doSomeThing", null);
return (Boolean) h.invoke(this, m, null);
} catch (Throwable e) {
// 异常处理（略）
}
return false;
}
public ProxyBusiness(LogInvocationHandler h) {
this.h = h;
}
}
测试代理的代码如下：
//测试
public static void main(String[] args) {
//构建AOP的Advice
LogInvocationHandler handler = new LogInvocationHandler(new Business());
new ProxyBusiness(handler).doSomeThing();
new ProxyBusiness(handler).doSomeThing2();
}
下面看一个自定义代理的实现。
被代理类接口
public interface Subject {
public void doSomething();
}
被代理类
//目标对象
public class RealSubject implements Subject{
public void doSomething() {
System.out.println( "call doSomething()" );
}
}
调用处理器(切面)
public class ProxyHandler implements InvocationHandler {
private Object proxied;
public ProxyHandler(Object proxied) {
this.proxied = proxied;
}
public Object invoke( Object proxy, Method method, Object[] args ) throws Throwable {
//在转调具体目标对象之前，可以执行一些功能处理
System.out.println( "doSomething before" );
//转调具体目标对象的方法
return method.invoke( proxied, args);
//在转调具体目标对象之后，可以执行一些功能处理
System.out.println( "doSomething after" );
}
}
测试我们的代理实现
public class DynamicProxy {
public static void main( String args[] ) {
RealSubject real = new RealSubject();
Subject proxySubject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(
Subject.class.getClassLoader(),
new Class[]{Subject.class}, new ProxyHandler(real));
proxySubject.doSomething();
//write proxySubject class binary data to file
createProxyClassFile();
}
public static void createProxyClassFile() {
String name = "ProxySubject";
byte[] data = ProxyGenerator.generateProxyClass(
name,
new Class[] { Subject.class }
);
try{
FileOutputStream out = new FileOutputStream( name + ".class" );
out.write( data );
out.close();
}catch( Exception e ) {
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果：
doSomething before
call doSomething()
doSomething after
Proxy 接口
Proxy 的主要静态变量
// 映射表：用于维护类装载器对象到其对应的代理类缓存
private static Map loaderToCache = new WeakHashMap();
// 标记：用于标记一个动态代理类正在被创建中
private static Object pendingGenerationMarker = new Object();
// 同步表：记录已经被创建的动态代理类类型，主要被方法 isProxyClass 进行相关的判断
private static Map proxyClasses = Collections.synchronizedMap(new WeakHashMap());
// 关联的调用处理器引用
protected InvocationHandler h;
Proxy的构造方法
// 由于 Proxy 内部从不直接调用构造函数，所以 private 类型意味着禁止任何调用
private Proxy() {}
// 由于 Proxy 内部从不直接调用构造函数，所以 protected 意味着只有子类可以调用
protected Proxy(InvocationHandler h) {this.h = h;}
ProxySubject 源码
创建的代理类 ProxySubject.class
import java.lang.reflect.*;
public final class ProxySubject extends Proxy implements Subject{
private static Method m1;
private static Method m0;
private static Method m3;
private static Method m2;
public ProxySubject(InvocationHandler invocationhandler){
super(invocationhandler);
}
public final boolean equals(Object obj) {
try {
return ((Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[] {
obj
})).booleanValue();
}catch(Error _ex) {
}catch(Throwable throwable){
throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
}
}
public final int hashCode() {
try {
return ((Integer)super.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
}catch(Error _ex) {
}catch(Throwable throwable){
throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
}
}
/*关键部分*/
public final void doSomething() {
try {
// Proxy类中protected InvocationHandler h;关联的调用处理器引用
super.h.invoke(this, m3, null);
return;
}catch(Error _ex) {
}catch(Throwable throwable) {
throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
}
}
public final String toString() {
try {
return (String)super.h.invoke(this, m2, null);
} catch(Error _ex) {
} catch(Throwable throwable){
throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
}
}
static{
try {
m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] {
Class.forName("java.lang.Object")
});
m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
m3 = Class.forName("Subject").getMethod("doSomething", new Class[0]);
}catch(NoSuchMethodException nosuchmethodexception) {
throw new NoSuchMethodError(nosuchmethodexception.getMessage());
}catch(ClassNotFoundException classnotfoundexception){
throw new NoClassDefFoundError(classnotfoundexception.getMessage());
}
}
}
CGLib 动态代理
动态字节码生成。使用动态字节码生成技术实现AOP原理是在运行期间目标字节码加载后，生成目标类的子类，将切面逻辑加入到子类中，所以使用Cglib实现AOP不需要基于接口。
public static void main(String[] args) {
byteCodeGe();
}
public static void byteCodeGe() {
//创建一个织入器
Enhancer enhancer = new Enhancer();
//设置父类
enhancer.setSuperclass(Business.class);
//设置需要织入的逻辑
enhancer.setCallback(new LogIntercept());
//使用织入器创建子类
IBusiness2 newBusiness = (IBusiness2) enhancer.create();
newBusiness.doSomeThing2();
}
/**
* 记录日志
*/
public static class LogIntercept implements MethodInterceptor {
@Override
public Object intercept(Object target, Method method, Object[] args,
MethodProxy proxy) throws Throwable {
//执行原有逻辑，注意这里是invokeSuper
Object rev = proxy.invokeSuper(target, args);
//执行织入的日志
if (method.getName().equals("doSomeThing2")) {
System.out.println("记录日志");
}
return rev;
}
}
好了，关于动态代理的知识，就总结到这里。
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