JDK動態(tài)代理之ProxyGenerator生成代理類的字節(jié)碼文件解析
通過前面幾篇的分析,我們知道代理類是通過Proxy類的ProxyClassFactory工廠生成的,這個工廠類會去調(diào)用ProxyGenerator類的generateProxyClass()方法來生成代理類的字節(jié)碼。ProxyGenerator這個類存放在sun.misc包下,我們可以通過OpenJDK源碼來找到這個類,該類的generateProxyClass()靜態(tài)方法的核心內(nèi)容就是去調(diào)用generateClassFile()實例方法來生成Class文件。我們直接來看generateClassFile()這個方法內(nèi)部做了些什么。
private byte[] generateClassFile() { //第一步, 將所有的方法組裝成ProxyMethod對象 //首先為代理類生成toString, hashCode, equals等代理方法 addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class); addProxyMethod(equalsMethod, Object.class); addProxyMethod(toStringMethod, Object.class); //遍歷每一個接口的每一個方法, 并且為其生成ProxyMethod對象 for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) { Method[] methods = interfaces[i].getMethods(); for (int j = 0; j < methods.length; j++) { addProxyMethod(methods[j], interfaces[i]); } } //對于具有相同簽名的代理方法, 檢驗方法的返回值是否兼容 for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) { checkReturnTypes(sigmethods); } //第二步, 組裝要生成的class文件的所有的字段信息和方法信息 try { //添加構(gòu)造器方法 methods.add(generateConstructor()); //遍歷緩存中的代理方法 for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) { for (ProxyMethod pm : sigmethods) { //添加代理類的靜態(tài)字段, 例如:private static Method m1; fields.add(new FieldInfo(pm.methodFieldName, "Ljava/lang/reflect/Method;", ACC_PRIVATE | ACC_STATIC)); //添加代理類的代理方法 methods.add(pm.generateMethod()); } } //添加代理類的靜態(tài)字段初始化方法 methods.add(generateStaticInitializer()); } catch (IOException e) { throw new InternalError("unexpected I/O Exception"); } //驗證方法和字段集合不能大于65535 if (methods.size() > 65535) { throw new IllegalArgumentException("method limit exceeded"); } if (fields.size() > 65535) { throw new IllegalArgumentException("field limit exceeded"); } //第三步, 寫入最終的class文件 //驗證常量池中存在代理類的全限定名 cp.getClass(dotToSlash(className)); //驗證常量池中存在代理類父類的全限定名, 父類名為:"java/lang/reflect/Proxy" cp.getClass(superclassName); //驗證常量池存在代理類接口的全限定名 for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) { cp.getClass(dotToSlash(interfaces[i].getName())); } //接下來要開始寫入文件了,設(shè)置常量池只讀 cp.setReadOnly(); ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream(); DataOutputStream dout = new DataOutputStream(bout); try { //1.寫入魔數(shù) dout.writeInt(0xCAFEBABE); //2.寫入次版本號 dout.writeShort(CLASSFILE_MINOR_VERSION); //3.寫入主版本號 dout.writeShort(CLASSFILE_MAJOR_VERSION); //4.寫入常量池 cp.write(dout); //5.寫入訪問修飾符 dout.writeShort(ACC_PUBLIC | ACC_FINAL | ACC_SUPER); //6.寫入類索引 dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(className))); //7.寫入父類索引, 生成的代理類都繼承自Proxy dout.writeShort(cp.getClass(superclassName)); //8.寫入接口計數(shù)值 dout.writeShort(interfaces.length); //9.寫入接口集合 for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) { dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(interfaces[i].getName()))); } //10.寫入字段計數(shù)值 dout.writeShort(fields.size()); //11.寫入字段集合 for (FieldInfo f : fields) { f.write(dout); } //12.寫入方法計數(shù)值 dout.writeShort(methods.size()); //13.寫入方法集合 for (MethodInfo m : methods) { m.write(dout); } //14.寫入屬性計數(shù)值, 代理類class文件沒有屬性所以為0 dout.writeShort(0); } catch (IOException e) { throw new InternalError("unexpected I/O Exception"); } //轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)組輸出 return bout.toByteArray(); }
可以看到generateClassFile()方法是按照Class文件結(jié)構(gòu)進行動態(tài)拼接的。什么是Class文件呢?在這里我們先要說明下,我們平時編寫的Java文件是以.java結(jié)尾的,在編寫好了之后通過編譯器進行編譯會生成.class文件,這個.class文件就是Class文件。Java程序的執(zhí)行只依賴于Class文件,和Java文件是沒有關(guān)系的。這個Class文件描述了一個類的信息,當(dāng)我們需要使用到一個類時,Java虛擬機就會提前去加載這個類的Class文件并進行初始化和相關(guān)的檢驗工作,Java虛擬機能夠保證在你使用到這個類之前就會完成這些工作,我們只需要安心的去使用它就好了,而不必關(guān)心Java虛擬機是怎樣加載它的。當(dāng)然,Class文件并不一定非得通過編譯Java文件而來,你甚至可以直接通過文本編輯器來編寫Class文件。在這里,JDK動態(tài)代理就是通過程序來動態(tài)生成Class文件的。我們再次回到上面的代碼中,可以看到,生成Class文件主要分為三步:
第一步:收集所有要生成的代理方法,將其包裝成ProxyMethod對象并注冊到Map集合中。
第二步:收集所有要為Class文件生成的字段信息和方法信息。
第三步:完成了上面的工作后,開始組裝Class文件。
我們知道一個類的核心部分就是它的字段和方法。我們重點聚焦第二步,看看它為代理類生成了哪些字段和方法。在第二步中,按順序做了下面四件事。
1.為代理類生成一個帶參構(gòu)造器,傳入InvocationHandler實例的引用并調(diào)用父類的帶參構(gòu)造器。
2.遍歷代理方法Map集合,為每個代理方法生成對應(yīng)的Method類型靜態(tài)域,并將其添加到fields集合中。
3.遍歷代理方法Map集合,為每個代理方法生成對應(yīng)的MethodInfo對象,并將其添加到methods集合中。
4.為代理類生成靜態(tài)初始化方法,該靜態(tài)初始化方法主要是將每個代理方法的引用賦值給對應(yīng)的靜態(tài)字段。
通過以上分析,我們可以大致知道JDK動態(tài)代理最終會為我們生成如下結(jié)構(gòu)的代理類:
public class Proxy0 extends Proxy implements UserDao { //第一步, 生成構(gòu)造器 protected Proxy0(InvocationHandler h) { super(h); } //第二步, 生成靜態(tài)域 private static Method m1; //hashCode方法 private static Method m2; //equals方法 private static Method m3; //toString方法 private static Method m4; //... //第三步, 生成代理方法 @Override public int hashCode() { try { return (int) h.invoke(this, m1, null); } catch (Throwable e) { throw new UndeclaredThrowableException(e); } } @Override public boolean equals(Object obj) { try { Object[] args = new Object[] {obj}; return (boolean) h.invoke(this, m2, args); } catch (Throwable e) { throw new UndeclaredThrowableException(e); } } @Override public String toString() { try { return (String) h.invoke(this, m3, null); } catch (Throwable e) { throw new UndeclaredThrowableException(e); } } @Override public void save(User user) { try { //構(gòu)造參數(shù)數(shù)組, 如果有多個參數(shù)往后面添加就行了 Object[] args = new Object[] {user}; h.invoke(this, m4, args); } catch (Throwable e) { throw new UndeclaredThrowableException(e); } } //第四步, 生成靜態(tài)初始化方法 static { try { Class c1 = Class.forName(Object.class.getName()); Class c2 = Class.forName(UserDao.class.getName()); m1 = c1.getMethod("hashCode", null); m2 = c1.getMethod("equals", new Class[]{Object.class}); m3 = c1.getMethod("toString", null); m4 = c2.getMethod("save", new Class[]{User.class}); //... } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
至此,經(jīng)過層層分析,深入探究JDK源碼,我們還原了動態(tài)生成的代理類的本來面目,之前心中存在的一些疑問也隨之得到了很好的解釋
1.代理類默認繼承Porxy類,因為Java中只支持單繼承,所以JDK動態(tài)代理只能去實現(xiàn)接口。
2.代理方法都會去調(diào)用InvocationHandler的invoke()方法,因此我們需要重寫InvocationHandler的invoke()方法。
3.調(diào)用invoke()方法時會傳入代理實例本身,目標方法和目標方法參數(shù)。解釋了invoke()方法的參數(shù)是怎樣來的。
使用剛剛構(gòu)造出來的Proxy0作為代理類再次進行測試,可以看到最終的結(jié)果與使用JDK動態(tài)生成的代理類的效果是一樣的。再次驗證了我們的分析是可靠且準確的。至此,JDK動態(tài)代理系列文章宣告結(jié)束。通過本系列的分析,筆者解決了心中長久以來的疑惑,相信讀者們對JDK動態(tài)代理的理解也更深了一步。但是紙上得來終覺淺,想要更好的掌握JDK動態(tài)代理技術(shù),讀者可參照本系列文章自行查閱JDK源碼,也可與筆者交流學(xué)習(xí)心得,指出筆者分析不當(dāng)?shù)牡胤?,共同學(xué)習(xí),共同進步。
以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
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