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Java JDK動態(tài)代理的基本原理詳細介紹

 更新時間:2017年01月05日 11:00:23   作者:robin-yao  
這篇文章主要介紹了Java JDK動態(tài)代理的基本原理詳細介紹的相關資料,這里對動態(tài)代理進行了詳解并附簡單實例代碼,需要的朋友可以參考下

JDK動態(tài)代理詳解

本文主要介紹JDK動態(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動態(tài)代理真正的原理及其生成的過程,我們以后寫JDK Proxy可以不用去查demo,就可以徒手寫個完美的Proxy。下面首先來個簡單的Demo,后續(xù)的分析過程都依賴這個Demo去介紹,例子采用JDK1.8運行。

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 {
    //這里有兩種寫法,我們采用略微復雜的一種寫法,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();

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

}

運行上面的代碼,這樣一個簡單的JDK Proxy就實現(xiàn)了。

代理生成過程

我們之所以天天叫JDK動態(tài)代理,是因為這個代理class是由JDK在運行時動態(tài)幫我們生成。在解釋代理生成過程前,我們先把-Dsun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles=true 這個參數(shù)加入到JVM 啟動參數(shù)中,它的作用是幫我們把JDK動態(tài)生成的proxy class 的字節(jié)碼保存到硬盤中,幫助我們查看具體生成proxy的內容。我用的Intellij IDEA ,代理class生成后直接放在項目的根目錄下的,以具體的包名為目錄結構。

代理類生成的過程主要包括兩部分:

  • 代理類字節(jié)碼生成
  • 把字節(jié)碼通過傳入的類加載器加載到虛擬機中

Proxy類的getProxyClass方法入口:需要傳入類加載器和interface

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

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

其中創(chuàng)建代理類的具體邏輯是通過ProxyClassFactory的apply方法來創(chuàng)建的。

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

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

2.包名類名準備好后,就是通過ProxyGenerator. generateProxyClass根據具體傳入的接口創(chuàng)建代理字節(jié)碼,-Dsun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles=true 這個參數(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。代理類中,所有的代理方法邏輯都一樣都是調用invocationHander的invoke方法,這個我們可以看后面具體代理反編譯結果。

 3.把字節(jié)碼通過傳入的類加載器加載到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());
      }
    }
  }

我們可以根據代理類的字節(jié)碼進行反編譯,可以得到如下結果,其中HelloWorld只有sayHello方法,但是代理類中有四個方法 包括了Object上的三個方法:equals,toString,hashCode。

代理的大概結構包括4部分:

  • 靜態(tài)字段:被代理的接口所有方法都有一個對應的靜態(tài)方法變量;
  • 靜態(tài)塊:主要是通過反射初始化靜態(tài)方法變量;
  • 具體每個代理方法:邏輯都差不多就是 h.invoke,主要是調用我們定義好的invocatinoHandler邏輯,觸發(fā)目標對象target上對應的方法;
  • 構造函數(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());
    }
  }
}

常見問題:

1.toString() hashCode() equal()方法 調用邏輯:這個三個Object上的方法,如果被調用將和其他接口方法方法處理邏輯一樣,都會經過invocationHandler邏輯,從上面的字節(jié)碼結果就可以明顯看出。其他Object上的方法將不會走代理處理邏輯,直接走Proxy繼承的Object上方法邏輯。

2.interface 含有equals,toString hashCode方法時,和處理普通接口方法一樣,都會走invocation handler邏輯,以目標對象重寫的邏輯為準去觸發(fā)方法邏輯;

3.interface含有重復的方法簽名,以接口傳入順序為準,誰在前面就用誰的方法,代理類中只會保留一個,不會有重復的方法簽名;

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