Java動態(tài)代理模式的深入揭秘
前言
👉本文中所有的代碼和運行結(jié)果都是在amazon corretto openjdk 1.8環(huán)境中的，如果你不是使用該環(huán)境，可能會略有偏差。另外為了代碼看起來清晰整潔，將所有代碼中的異常處理邏輯全部拿去了。
一些廢話
哈嘍，各位讀者您們好，好久不見！距離上一篇我寫的文章已經(jīng)半個月有余，沒辦法，我也是菜鳥一枚，而且我寫文章有原則，每一篇都必須要醞釀得夠深刻，高質(zhì)量，能夠直擊靈魂深處......如果只是淺嘗輒止我寧可不浪費這時間，而且有些內(nèi)容我也不會正在學(xué)習(xí)中，所以我輸出的頻率必然是低的，但是質(zhì)量必然是高的。😎不廢話，下面開始我們今天的主題。
今天我要跟大家聊的是Java當(dāng)中的動態(tài)代理模式。相信每一個學(xué)過Java的朋友，只要是對GOF23設(shè)計模式有簡單了解過的，或者看過我github上面以前學(xué)習(xí)時記的筆記，或多或少是聽說過代理模式的。這一模式可以說是GOF23所有設(shè)計模式中應(yīng)用最廣泛，但又最難以理解的一種模式，尤其是其中的動態(tài)代理模式，但是其功能之強大，應(yīng)用場景之廣自然就體現(xiàn)出其重要性。有些場景要是沒有使用這一模式，就會變得很難實現(xiàn)?？梢赃@么說，我所了解過的或者閱讀過源碼的開源框架，底層幾乎沒有不用到代理模式的，尤其是接下去本文要說的重點-動態(tài)代理模式。因此，在文章的最后，我也會以一個在mybatis底層使用動態(tài)代理模式解決的經(jīng)典場景作為本文結(jié)束。
代理
首先，我們先來說說代理。何為代理？來看張圖。這就是我們?nèi)粘Ｗ夥康膱鼍?，客戶來一個陌生城市需要租一個房子，但是他人生地不熟，根本不知道行情，也不知道地段，更沒有房東的聯(lián)系方式，所以，他會去找類似我愛我家之類的租房中介，而這些個中介手上會有大量房子的信息來源，自然會有個房東的聯(lián)系方式，進(jìn)而和房東取得聯(lián)系，從而達(dá)到租房的目的。這個場景就是一個經(jīng)典的代理模式的體現(xiàn)。
靜態(tài)代理
既然說到動態(tài)代理，自然聯(lián)想到肯定會有靜態(tài)代理。下面我們就先從簡單的開始，以上面租房的這個例子，用Java代碼實現(xiàn)靜態(tài)代理。
首先在代理模式（甭管靜態(tài)還是動態(tài)）結(jié)構(gòu)中，肯定會有一個真實角色（Target），也是最后真正執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯的那個對象，比如上圖中的房東（因為最后租的房子所有權(quán)是他的，也是和他去辦租房合同等手續(xù)），另外會有一個代理角色（Proxy），比如上圖中的房產(chǎn)中介（他沒有房產(chǎn)所有權(quán)），并且這個角色會必然實現(xiàn)一個與真實角色相同的抽象接口（Subject），為什么呢？因為雖然這個出租的房子不是他的，但是是經(jīng)他之手幫忙牽線搭橋出租出去的，也就是說，他和房東都會有出租房產(chǎn)的行為。另外代理角色會持有一個真實角色的引用，又是為什么呢？因為他并不會（或者是不能）真正處理業(yè)務(wù)邏輯（因為房子不是他的唄），他會將真正的邏輯委托給真實角色處理。但是這個代理角色也不是一無是處，除了房子不是他的，但是他還可以給你干點跑腿的工作嘛，比如幫你挑選最好的地段，挑選合適的價格等等，等你租房后出現(xiàn)漏水，或者電器啥的壞了可以幫你聯(lián)系維修人員等等。如下代碼所示：
//公共抽象接口 - 出租的人
public interface Person {
void rent();
}
//真實角色 - 房東
public class Landlord implements Person{
public void rent() {
System.out.println("客官請進(jìn)，我家的房子又大又便宜，來租我的吧...");
}
}
//代理角色 - 房產(chǎn)中介
public class Agent implements Person{
Person landlord;
public Agent(Person landlord) {
this.landlord = landlord;
}
public void rent() {
//前置處理
System.out.println("經(jīng)過前期調(diào)研，西湖邊的房子環(huán)境挺好的...");
//委托真實角色處理
landlord.rent();
//后置處理
System.out.println("房子漏水，幫你聯(lián)系維修人員...");
}
}
//客戶端
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Person landlord = new Landlord();
Person agent = new Agent(landlord);
agent.rent();
}
}
//輸出結(jié)果：
經(jīng)過前期調(diào)研，西湖邊的房子環(huán)境挺好的...
客官請進(jìn)，我家的房子又大又便宜，來租我的吧...
房子漏水，幫你聯(lián)系維修人員...
靜態(tài)代理模式實現(xiàn)相對比較簡單，而且比較好理解，也確實實現(xiàn)了代理的效果。但是很遺憾，幾乎沒有一個開源框架的內(nèi)部是采用靜態(tài)代理來實現(xiàn)代理模式的。那是為什么呢？原因很簡單，從上面這個例子可以看出，靜態(tài)代理模式中的真實角色和代理角色緊耦合了。怎么理解？
下面來舉個例子幫助理解靜態(tài)代理模式的缺點，深入理解靜態(tài)代理的缺點對于理解動態(tài)代理的應(yīng)用場景是至關(guān)重要的。因為動態(tài)代理的誕生就是為了解決這一問題。
還是以上面的租房的場景，假設(shè)我現(xiàn)在需要你實現(xiàn)如下需求：有多個房東，并且每個房東都有多套房子出租，你怎么用Java設(shè)計？按照上面的靜態(tài)代理模式的思路，你也許會有如下實現(xiàn)（偽代碼），
第一種方案：
public class Landlord01 implements Person{
public void rent01() { ... }
public void rent02() { ... }
public void rent03() { ... }
}
public class Landlord02 implements Person{
public void rent01() { ... }
public void rent02() { ... }
public void rent03() { ... }
}
public class Landlord03 implements Person{
public void rent01() { ... }
public void rent02() { ... }
public void rent03() { ... }
}
... 可能還有很多房東，省略
public class Agent01 implements Person{
Person landlord01;
//省略構(gòu)造器等信息
public void rent() {landlord01.rent();}
}
public class Agent02 implements Person{
Person landlord02;
//省略構(gòu)造器等信息
public void rent() {landlord02.rent();}
}
public class Agent03 implements Person{
Person landlord03;
//省略構(gòu)造器等信息
public void rent() {landlord03.rent();}
}
...
上面這種方案是為每個房東配一個對應(yīng)的中介處理租房相關(guān)事宜。這種方案問題非常明顯，每一個真實角色都需要手動創(chuàng)建一個代理角色與之對應(yīng)，而這些代理類的邏輯有可能都是很相似的，因此當(dāng)真實角色數(shù)量非常多時，會造成代理類數(shù)量膨脹問題和代碼重復(fù)冗余，方案不可取。
第二種方案：
public class Landlord01 implements Person{
public void rent01() { ... }
public void rent02() { ... }
public void rent03() { ... }
}
public class Landlord02 implements Person{
public void rent01() { ... }
public void rent02() { ... }
public void rent03() { ... }
}
public class Landlord03 implements Person{
public void rent01() { ... }
public void rent02() { ... }
public void rent03() { ... }
}
public class Agent implements Person{
Person landlord01;
Person landlord02;
Person landlord03;
//省略構(gòu)造器等信息
public void rent01() { ... }
public void rent02() { ... }
public void rent03() { ... }
}
第二種方案只創(chuàng)建一個代理角色，同時代理多個真實角色，這看上去貌似解決了第一種方案的弊病，但是同時引入了新的問題。那就是造成了代理類的膨脹。設(shè)計模式中有條重要原則——單一職責(zé)原則。這個代理類違反了該原則。當(dāng)這個代理類為了代理其中某個真實角色時，需要將所有的真實角色的引用全部傳入，顯然太不靈活了。還是不可取。
而且有沒有發(fā)現(xiàn)靜態(tài)代理還有兩個很大的問題，第一，當(dāng)抽象接口一旦修改，真實角色和代理角色必須全部做修改，這違反了設(shè)計模式的開閉原則。第二，每次創(chuàng)建一個代理角色，需要手動傳入一個已經(jīng)存在的真實角色。但是在有些場景下，我們可能需要在并不知道真實角色的情況下創(chuàng)建出指定接口的代理。
動態(tài)代理
前面做了這么多鋪墊，終于今天本文的主角——動態(tài)代理模式要登場了。此處應(yīng)該有掌聲......👏而動態(tài)代理模式的產(chǎn)生就是為了解決上面提到的靜態(tài)代理所有弊病的。
JDK動態(tài)代理的實現(xiàn)關(guān)鍵在于java.lang.reflect.Proxy類，其newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)方法是整個JDK動態(tài)代理的核心，用于生成指定接口的代理對象。這個方法有三個參數(shù)，分別表示加載動態(tài)生成的代理類的類加載器ClassLoader，代理類需要實現(xiàn)的接口interfaces以及調(diào)用處理器InvocationHandler，這三個參數(shù)一個比一個難以理解，說實話，我第一次學(xué)動態(tài)代理模式時，看到這三個參數(shù)也是一臉懵逼的狀態(tài)。動態(tài)代理模式之所以比較難理解關(guān)鍵也是這個原因。放心，后面會一一詳解。但在這之前，我們先做一下熱身，先用代碼簡單使用一下JDK的動態(tài)代理功能。代碼如下：
//公共抽象接口和真實角色和靜態(tài)代理的例子中代碼相同，省略
//自定義調(diào)用處理器
public class RentHandler implements InvocationHandler {
Person landlord;
public RentHandler(Person landlord) {
this.landlord = landlord;
}
//客戶端對代理對象發(fā)起的所有請求都會被委托給該方法
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
//前置處理
System.out.println("經(jīng)過前期調(diào)研，西湖邊的房子環(huán)境挺好的...");
//委托給真實角色處理業(yè)務(wù)邏輯
method.invoke(landlord, args);
//后置處理
System.out.println("房子漏水，幫你聯(lián)系維修人員...");
return null;
}
}
//客戶端
public class Client2 {
public static void main(String[] args) {
Person landlord = new Landlord();
Person proxy = (Person) Proxy.newProxyInstance(
ClassLoader.getSystemClassLoader(), //加載代理類的類加載器
new Class[]{Person.class}, //代理的接口
new RentHandler(landlord));//自定義調(diào)用處理器實現(xiàn)
proxy.rent();
}
}
//輸出結(jié)果：
經(jīng)過前期調(diào)研，西湖邊的房子環(huán)境挺好的...
客官請進(jìn)，我家的房子又大又便宜，來租我的吧...
房子漏水，幫你聯(lián)系維修人員...
可以看出，動態(tài)代理輕松的實現(xiàn)了代理模式，并且輸出了和靜態(tài)代理相同的結(jié)果，然而我們并沒有寫任何的代理類，是不是很神奇？下面我們就來深度剖析JDK實現(xiàn)的動態(tài)代理的原理。
Proxy.newProxyInstance()
在上面實現(xiàn)的JDK動態(tài)代理代碼中，核心的一行代碼就是調(diào)用Proxy.newProxyInstance()，傳入類加載器等參數(shù)，然后一頓神奇的操作后居然就直接返回了我們所需要的代理對象，因此我們就從這個神奇的方法開始說起......
進(jìn)入這個方法的源碼中，以下是這個方法的核心代碼，邏輯非常清楚，使用getProxyClass0獲取一個Class對象，其實這個就是最終生成返回的代理代理類的Class對象，然后使用反射方式獲取有參構(gòu)造器，并傳入我們的自定義InvocationHandler實例創(chuàng)建其對象。由此我們其實已經(jīng)可以猜測，這個動態(tài)生成的代理類會有一個參數(shù)為InvocationHandler的構(gòu)造器，這一點在之后會得到驗證。
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h) throws IllegalArgumentException {
... //省略一些非空校驗，權(quán)限校驗的邏輯
//返回一個代理類，這個是整個方法的核心，后續(xù)會做詳細(xì)剖析
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
//使用反射獲取其有參構(gòu)造器，constructorParams是定義在Proxy類中的字段，值為{InvocationHandler.class}
final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
//使用返回創(chuàng)建代理對象
return cons.newInstance(new Object[]{h});
}
那現(xiàn)在很明顯了，關(guān)鍵的核心就在于getProxyClass0()方法的邏輯了，于是我們繼續(xù)深入虎穴查看其源碼。
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader, Class<?>... interfaces) {
if (interfaces.length > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
}
return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}
最開始就是檢驗一下實現(xiàn)接口數(shù)量，然后執(zhí)行proxyClassCache.get()。proxyClassCache是一個定義在Proxy中的字段，你就將其當(dāng)做一個代理類的緩存。這個也好理解，稍后大家會看到，動態(tài)代理類生成過程中會伴隨大量的IO操作，字節(jié)碼操作還有反射操作，還是比較消耗資源的。如果需要創(chuàng)建的代理類數(shù)量特別多，性能會比較差。所以Proxy提供了緩存機制，將已經(jīng)生成的代理類緩存，當(dāng)獲取時，會先從緩存獲取，如果獲取不到再執(zhí)行生成邏輯。
我們繼續(xù)進(jìn)入proxyClassCache.get()。這個方法看起來比較費勁，因為我使用的是JDK8，這邊用到了大量的Java8新增的函數(shù)式編程的語法和內(nèi)容，因為這邊不是專門講Java8的，所以我就不展開函數(shù)式編程的內(nèi)容了。以后有機會在其它專題詳述。另外，這邊會有很多對緩存的操作，這個不是我們的重點，所以也全部跳過，我們挑重點看，關(guān)注一下下面這部分代碼：
public V get(K key, P parameter){
... //省略大量的緩存操作
while (true) {
if (supplier != null) {
V value = supplier.get();
if (value != null) {
return value; ★
}
}
if (factory == null) {
factory = new WeakCache.Factory(key, parameter, subKey, valuesMap); ▲
}
if (supplier == null) {
supplier = valuesMap.putIfAbsent(subKey, factory);
if (supplier == null) {
supplier = factory;
}
} else {
if (valuesMap.replace(subKey, supplier, factory)) {
supplier = factory;
} else {
supplier = valuesMap.get(subKey);
}
}
}
}
這個代碼非常有意思，是一個死循環(huán)?；蛟S你和我一樣，完全看不懂這代碼是啥意思，沒關(guān)系，可以仔細(xì)觀察一下這代碼你就會發(fā)現(xiàn)柳暗花明。這個方法最后會需要返回一個從緩存或者新創(chuàng)建的代理類，而這整個死循環(huán)只有一個出口，沒錯就是帶★這一行，而value是通過supplier.get()獲得，Supplier是一個函數(shù)式接口，代表了一種數(shù)據(jù)的獲取操作。我們再觀察會發(fā)現(xiàn)，supplier是通過factory賦值而來的。而factory是通過▲行創(chuàng)建出來的。WeakCache.Factory恰好是Supplier的實現(xiàn)。所以我們進(jìn)入WeakCache.Factory的get()，核心代碼如下，經(jīng)觀察可以發(fā)現(xiàn)，返回的數(shù)據(jù)最終是通過valueFactory.apply()返回的。
public synchronized V get() {
... //省略一些緩存操作
V value = null;
value = Objects.requireNonNull(valueFactory.apply(key, parameter));
... //省略一些緩存操作
return value;
}
apply是BiFunction的一個抽象方法，BiFunction又是一個函數(shù)式接口。而valueFactory是通過WeakCache的構(gòu)造器傳入，是一個ProxyClassFactory對象，而其剛好就是BiFunction的實現(xiàn)，顧名思義，這個類就是專門用來創(chuàng)建代理類的工廠類。
進(jìn)入ProxyClassFactory的apply()方法，代碼如下：
Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
//對每一個指定的Class校驗其是否能被指定的類加載器加載以及校驗是否是接口，動態(tài)代理只能對接口代理，至于原因，后面會說。
for (Class<?> intf : interfaces) {
Class<?> interfaceClass = null;
interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader);
if (interfaceClass != intf) {
throw new IllegalArgumentException(
intf + " is not visible from class loader");
}
if (!interfaceClass.isInterface()) {
throw new IllegalArgumentException(
interfaceClass.getName() + " is not an interface");
}
if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
throw new IllegalArgumentException(
"repeated interface: " + interfaceClass.getName());
}
}
//下面這一大段是用來指定生成的代理類的包信息
//如果全是public的，就是用默認(rèn)的com.sun.proxy，
//如果有非public的，所有的非public接口必須處于同一級別包下面，而該包路徑也會成為生成的代理類的包。
String proxyPkg = null;
int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;
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) {
proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
}
long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
//代理類最后生成的名字是包名+$Proxy+一個數(shù)字
String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
//生成代理類的核心
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
proxyName, interfaces, accessFlags);★
return defineClass0(loader, proxyName,
proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
}
通過上面代碼不難發(fā)現(xiàn)，生成代理類的核心代碼在★這一行，會使用一個ProxyGenerator生成代理類（以byte[]形式存在）。然后將生成得到的字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換為一個Class對象。進(jìn)入ProxyGenerator.generateProxyClass()。ProxyGenerator處于sun.misc包，不是開源的包，因為我這邊使用的是openjdk，所以可以直接查看其源碼，如果使用的是oracle jdk的話，這邊只能通過反編譯class文件查看。
public static byte[] generateProxyClass(final String name, Class<?>[] interfaces, int accessFlags) {
ProxyGenerator gen = new ProxyGenerator(name, interfaces, accessFlags);
final byte[] classFile = gen.generateClassFile();
if (saveGeneratedFiles) {
//省略一堆IO操作
}
return classFile;
}
上述邏輯很簡單，就是使用一個生成器調(diào)用generateClassFile()方法返回代理類，后面有個if判斷我簡單提一下，這個作用主要是將內(nèi)存中動態(tài)生成的代理類以class文件形式保存到硬盤。saveGeneratedFiles這個字段是定義在ProxyGenerator中的字段，
private final static boolean saveGeneratedFiles =
java.security.AccessController.doPrivileged(
new GetBooleanAction("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles")).booleanValue();
我簡單說一下，AccessController.doPrivileged這個玩意會去調(diào)用java.security.PrivilegedAction的run()方法，GetBooleanAction這個玩意就實現(xiàn)了java.security.PrivilegedAction，在其run()中會通過Boolean.getBoolean()從系統(tǒng)屬性中獲取sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles的值，默認(rèn)是false，如果想要將動態(tài)生成的class文件持久化，可以往系統(tǒng)屬性中設(shè)置為true。
我們重點進(jìn)入ProxyGenerator.generateClassFile()方法，代碼如下：
private byte[] generateClassFile() {
addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);
addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);
addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);
for (Class<?> intf : interfaces) {
for (Method m : intf.getMethods()) {
addProxyMethod(m, intf);
}
}
for (List<ProxyGenerator.ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
checkReturnTypes(sigmethods);
}
methods.add(generateConstructor());
for (List<ProxyGenerator.ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
for (ProxyGenerator.ProxyMethod pm : sigmethods) {
fields.add(new ProxyGenerator.FieldInfo(pm.methodFieldName,
"Ljava/lang/reflect/Method;",
ACC_PRIVATE | ACC_STATIC));
methods.add(pm.generateMethod());
}
}
methods.add(generateStaticInitializer());
if (methods.size() > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("method limit exceeded");
}
if (fields.size() > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("field limit exceeded");
}
cp.getClass(dotToSlash(className));
cp.getClass(superclassName);
for (Class<?> intf : interfaces) {
cp.getClass(dotToSlash(intf.getName()));
}
cp.setReadOnly();
ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
DataOutputStream dout = new DataOutputStream(bout);
dout.writeInt(0xCAFEBABE);
// u2 minor_version;
dout.writeShort(CLASSFILE_MINOR_VERSION);
// u2 major_version;
dout.writeShort(CLASSFILE_MAJOR_VERSION);
cp.write(dout); // (write constant pool)
// u2 access_flags;
dout.writeShort(accessFlags);
// u2 this_class;
dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(className)));
// u2 super_class;
dout.writeShort(cp.getClass(superclassName));
// u2 interfaces_count;
dout.writeShort(interfaces.length);
// u2 interfaces[interfaces_count];
for (Class<?> intf : interfaces) {
dout.writeShort(cp.getClass(
dotToSlash(intf.getName())));
}
// u2 fields_count;
dout.writeShort(fields.size());
// field_info fields[fields_count];
for (ProxyGenerator.FieldInfo f : fields) {
f.write(dout);
}
// u2 methods_count;
dout.writeShort(methods.size());
// method_info methods[methods_count];
for (ProxyGenerator.MethodInfo m : methods) {
m.write(dout);
}
// u2 attributes_count;
dout.writeShort(0);
return bout.toByteArray();
}
如果沒有學(xué)過Java虛擬機規(guī)范中關(guān)于字節(jié)碼文件結(jié)構(gòu)的知識的話，上面這段代碼肯定是看得一頭霧水，因為本文主要是講解動態(tài)代理，加上個人對Java虛擬機的掌握也是菜鳥級別，所以下面就簡單闡述一下關(guān)于字節(jié)碼結(jié)構(gòu)的內(nèi)容以便大家理解上面這塊代碼，但是不展開詳說。
Class文件結(jié)構(gòu)簡述
在Java虛擬機規(guī)范中，Class文件是一組二進(jìn)制流，每個Class文件會對應(yīng)一個類或者接口的定義信息，當(dāng)然，Class文件并不是一定以文件形式存在于硬盤，也有可能直接由類加載器加載到內(nèi)存。每一個Class文件加載到內(nèi)存后，經(jīng)過一系列的加載、連接、初始化過程，然后會在方法區(qū)中形成一個Class對象，作為外部訪問該類信息的的唯一入口。按照J(rèn)ava虛擬機規(guī)范，Class文件是具有非常嚴(yán)格嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)規(guī)范，由一系列數(shù)據(jù)項組成，各個數(shù)組項之間沒有分隔符的結(jié)構(gòu)緊湊排列。每個數(shù)據(jù)項會有相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，如下表就是一個完整Class文件結(jié)構(gòu)的表。
其中名稱一列就是組成Class文件的數(shù)據(jù)項，限于篇幅這邊就不展開詳細(xì)解釋每一項了，大家有興趣可以自己去查點資料了解一下，左邊是其類型，主要分兩類，像u2,u4這類是無符號數(shù)，分別表示2個字節(jié)和4個字節(jié)。以info結(jié)尾的是表結(jié)構(gòu)，表結(jié)構(gòu)又是一個復(fù)合類型，由其它的無符號數(shù)和其他的表結(jié)構(gòu)組成。
我這邊以相對結(jié)構(gòu)簡單的field_info結(jié)構(gòu)舉個例子，field_info結(jié)構(gòu)用來描述接口或者類中的變量。它的結(jié)構(gòu)如下：
其它的表結(jié)構(gòu)method_info,attribute_info也都是類似，都會有自己特有的一套結(jié)構(gòu)規(guī)范。
好了，簡單了解一下Class文件結(jié)構(gòu)后，現(xiàn)在再回到我們的主題來，我們再來研究ProxyGenerator.generateClassFile()方法內(nèi)容就好理解了。其實這個方法就做了一件事情，就是根據(jù)我們傳入的這些個信息，再按照J(rèn)ava虛擬機規(guī)范的字節(jié)碼結(jié)構(gòu)，用IO流的方式寫入到一個字節(jié)數(shù)組中，這個字節(jié)數(shù)組就是代理類的Class文件。默認(rèn)情況這個Class文件直接存在內(nèi)存中，為了更加深入理解動態(tài)代理原理，該是時候去看看這個文件到底是啥結(jié)構(gòu)了。怎么看？還記得前面提到過的sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles嗎？只要我們往系統(tǒng)屬性中加入該參數(shù)并將其值設(shè)為true，就會自動將該方法生成的byte[]形式的Class文件保存到硬盤上，如下代碼：
public class Client2 {
public static void main(String[] args) {
//加入該屬性并設(shè)置為true
System.setProperty("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
Person landlord = new Landlord();
Person proxy = (Person) Proxy.newProxyInstance(ClassLoader.getSystemClassLoader(), new Class[]{Person.class}, new RentHandler(landlord));
proxy.rent();
}
}
再次運行，神奇的一幕發(fā)生了，工程中多了一個類，沒錯，這就是JDK動態(tài)代理生成的代理類，因為我們的接口是public修飾，所以采用默認(rèn)包名com.sun.proxy，類名以$Proxy開頭，后面跟一個數(shù)字，和預(yù)期完全吻合。完美！🤩
那么就讓我們反編譯一下這個class文件看看它的內(nèi)容來一探究竟......
下面是反編譯得到的代理類的內(nèi)容，
public final class $Proxy0 extends Proxy implements Person { ★
private static Method m1;
private static Method m3;
private static Method m2;
private static Method m0;
public $Proxy0(InvocationHandler var1) throws { ②
super(var1);
}
public final boolean equals(Object var1) throws { ④
return (Boolean) super.h.invoke(this, m1, new Object[]{var1});
}
public final void rent() throws { ③
super.h.invoke(this, m3, (Object[]) null);
}
public final String toString() throws { ④
return (String) super.h.invoke(this, m2, (Object[]) null);
}
public final int hashCode() throws { ④
return (Integer) super.h.invoke(this, m0, (Object[]) null);
}
static { ①
m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
m3 = Class.forName("com.dujc.mybatis.proxy.Person").getMethod("rent");
m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString");
m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode");
}
}
👉有幾個關(guān)注點
- 標(biāo)注①的是一個靜態(tài)代碼塊，當(dāng)代理類一被加載，會立刻初始化，用反射方式獲取得到被代理的接口中方法和Object中equals(),toString(),hashCode()方法的Method對象,并將其保存在屬性中，為后續(xù)請求分派做準(zhǔn)備。
- 標(biāo)注②的是帶有一個帶有InvocationHandler類型參數(shù)的構(gòu)造器，這個也驗證了我們之前的猜測，沒錯，代理類會通過構(gòu)造器接收一個InvocationHandler實例，再觀察標(biāo)記★的地方，代理類繼承了Proxy類，其實代理類會通過調(diào)用父類構(gòu)造器將其保存在Proxy的屬性h中，自然會繼承給當(dāng)前這個代理類，這個InvocationHandler實例為后續(xù)請求分派做準(zhǔn)備。同時由此我們也可以得出結(jié)論，Proxy是所有的代理類的父類。另外再延伸，因為Java是一門單繼承語言，所以意味著代理類不可能再通過繼承其他類的方式來擴展。所以，JDK動態(tài)代理沒法對不實現(xiàn)任何接口的類進(jìn)行代理，原因就在于此。這或許也是動態(tài)代理模式不多的缺點之一。如果需要繼承形式的類代理，可以使用CGLIB等類庫。
- 標(biāo)注③的是我們指定接口Person中的方法，標(biāo)注④的是代理類繼承自O(shè)bject類中的equals(),toString(),hashCode()方法。再觀察這些方法內(nèi)部實現(xiàn)，所有的方法請求全部委托給之前由構(gòu)造器傳入的InvocationHandler實例的invoke()方法處理，將當(dāng)前的代理類實例，各方法的Method對象和方法參數(shù)傳入，最后返回執(zhí)行結(jié)果。由此得出結(jié)論，動態(tài)代理過程中，所指定接口的方法以及Object中equals(),toString(),hashCode()方法會被代理，而Object其他方法則并不會被代理，而且所有的方法請求全部都是委托給我們自己寫的自定義InvocationHandler的invoke()方法統(tǒng)一處理，哇塞，O了，這樣的處理實在太優(yōu)雅了！
動態(tài)代理到底有什么卵用
其實經(jīng)過上面這一堆講解，動態(tài)代理模式中最核心的內(nèi)容基本都分析完了，相信大家應(yīng)該對其也有了一個本質(zhì)的認(rèn)知。學(xué)以致用，技術(shù)再牛逼如果沒法用在實際工作中也說實話也只能拿來裝逼了。那這個東西到底有什么卵用呢？其實我以前學(xué)完動態(tài)代理模式后第一感覺是，嗯，這玩意確實挺牛逼的，但是到底有什么用？沒有一點概念。在閱讀Spring或者M(jìn)ybatis等經(jīng)典開源框架中的代碼時，時不時也經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)動態(tài)代理模式的身影，但是還是沒有一個直接的感受。直到最近一段時間我在深入研究Mybatis源碼時，看到其日志模塊的設(shè)計，內(nèi)部就是使用了動態(tài)代理，忽然靈光一閃，大受啟發(fā)感覺一下子全想通了......這就是冥冥之中注定的吧?😂所以最后我就拿這個例子給大家講解一下動態(tài)代理模式的實際應(yīng)用場景。
想必使用過Mybatis這一優(yōu)秀持久層框架的人都注意到過，每當(dāng)我們執(zhí)行對數(shù)據(jù)庫操作，如果日志級別是DEBUG，控制臺會打印出一些輔助信息，比如執(zhí)行的SQL語句，綁定的參數(shù)和參數(shù)值，返回的結(jié)果等，你們有沒有想過這些信息到底是怎么來的？
在Mybatis底層的日志模塊中，有一塊專門用于打印JDBC相關(guān)信息日志的功能。這塊功能是由一系列xxxLogger類構(gòu)成。其中最頂層的是BaseJdbcLogger，他有4個子類，繼承關(guān)系如下圖：
看名字應(yīng)該就能猜出來是干啥了，以ConnectionLogger為例，下面是ConnectionLogger的關(guān)鍵代碼：
public final class ConnectionLogger extends BaseJdbcLogger implements InvocationHandler { ❶
private final Connection connection;
private ConnectionLogger(Connection conn, Log statementLog, int queryStack) {
super(statementLog, queryStack);
this.connection = conn; ❷
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] params) ❸
throws Throwable {
if (Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) {
return method.invoke(this, params);
}
if ("prepareStatement".equals(method.getName())) {
if (isDebugEnabled()) {
debug(" Preparing: " + removeBreakingWhitespace((String) params[0]), true);
}
PreparedStatement stmt = (PreparedStatement) method.invoke(connection, params);
stmt = PreparedStatementLogger.newInstance(stmt, statementLog, queryStack);
return stmt;
} else if ("prepareCall".equals(method.getName())) {
if (isDebugEnabled()) {
debug(" Preparing: " + removeBreakingWhitespace((String) params[0]), true);
}
PreparedStatement stmt = (PreparedStatement) method.invoke(connection, params);
stmt = PreparedStatementLogger.newInstance(stmt, statementLog, queryStack);
return stmt;
} else if ("createStatement".equals(method.getName())) {
Statement stmt = (Statement) method.invoke(connection, params);
stmt = StatementLogger.newInstance(stmt, statementLog, queryStack);
return stmt;
} else {
return method.invoke(connection, params);
}
}
public static Connection newInstance(Connection conn, Log statementLog, int queryStack) {
InvocationHandler handler = new ConnectionLogger(conn, statementLog, queryStack);
ClassLoader cl = Connection.class.getClassLoader();
return (Connection) Proxy.newProxyInstance(cl, new Class[]{Connection.class}, handler);
}
}
怎么樣？是不是有種熟悉的感覺？🙀
👉觀察上面代碼，可以得出以下幾點結(jié)論：
- ConnectionLogger實現(xiàn)了InvocationHandler，通過構(gòu)造器傳入真實Connection對象，這是一個真實對象，并將其保存在屬性，后續(xù)請求會委托給它執(zhí)行。其靜態(tài)方法newInstance()內(nèi)部就是通過Proxy.newProxyInstance()并傳入類加載器等一系列參數(shù)返回一個Connection的代理對象給前端。該方法最終會在DEBUG日志級別下被org.apache.ibatis.executor.BaseExecutor.getConnection()方法調(diào)用返回一個Connection代理對象。
- 前面說過，JDK動態(tài)代理會將客戶端所有的請求全部派發(fā)給InvocationHandler的invoke()方法，即上面ConnectionLogger中的invoke()方法。invoke()方法當(dāng)中，不難發(fā)現(xiàn)，Mybatis對于Object中定義的方法，統(tǒng)一不做代理處理，直接調(diào)用返回。對于prepareStatement()，prepareCall()，createStatement()這三個核心方法會統(tǒng)一委托給真實的Connection對象處理，并且在執(zhí)行之前會以DEBUG方式打印日志信息。除了這三個方法，Connection其它方法也會被真實的Connection對象代理，但是并不會打印日志信息。我們以prepareStatement()方法為例，當(dāng)真實的Connection對象調(diào)用prepareStatement()方法會返回PreparedStatement對象，這又是一個真實對象，但是Mybatis并不會將該真實對象直接返回，而且通過調(diào)用PreparedStatementLogger.newInstance()再次包裝代理，看到這個方法名字，我相信聰明的您都能猜到這個方法的邏輯了。沒錯，PreparedStatementLogger類的套路和ConnectionLogger如出一轍。這邊我再貼回PreparedStatementLogger的代碼，
public final class PreparedStatementLogger extends BaseJdbcLogger implements InvocationHandler {
private final PreparedStatement statement;
private PreparedStatementLogger(PreparedStatement stmt, Log statementLog, int queryStack) {
super(statementLog, queryStack);
this.statement = stmt;
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] params) throws Throwable {
if (Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) {
return method.invoke(this, params);
}
if (EXECUTE_METHODS.contains(method.getName())) {
if (isDebugEnabled()) {
debug("Parameters: " + getParameterValueString(), true);
}
clearColumnInfo();
if ("executeQuery".equals(method.getName())) {
ResultSet rs = (ResultSet) method.invoke(statement, params);
return rs == null ? null : ResultSetLogger.newInstance(rs, statementLog, queryStack);
} else {
return method.invoke(statement, params);
}
} else if (SET_METHODS.contains(method.getName())) {
if ("setNull".equals(method.getName())) {
setColumn(params[0], null);
} else {
setColumn(params[0], params[1]);
}
return method.invoke(statement, params);
} else if ("getResultSet".equals(method.getName())) {
ResultSet rs = (ResultSet) method.invoke(statement, params);
return rs == null ? null : ResultSetLogger.newInstance(rs, statementLog, queryStack);
} else if ("getUpdateCount".equals(method.getName())) {
int updateCount = (Integer) method.invoke(statement, params);
if (updateCount != -1) {
debug(" Updates: " + updateCount, false);
}
return updateCount;
} else {
return method.invoke(statement, params);
}
}
public static PreparedStatement newInstance(PreparedStatement stmt, Log statementLog, int queryStack) {
InvocationHandler handler = new PreparedStatementLogger(stmt, statementLog, queryStack);
ClassLoader cl = PreparedStatement.class.getClassLoader();
return (PreparedStatement) Proxy.newProxyInstance(cl, new Class[]{PreparedStatement.class, CallableStatement.class}, handler);
}
}
這個代碼的邏輯我就不講了，思路幾乎和ConnectionLogger完全一致。無非是攔截的方法不同，因為這次被代理對象是PreparedStatement，所以這次會去攔截都是PreparedStatement的方法，比如setXXX()系列,executeXX()系列等方法。然后在指定方法執(zhí)行前后添加需要的DEBUG日志信息，perfect！以getResultSet方法為例，PreparedStatement對象調(diào)用getResultSet()后，會返回真實的ResultSet對象，但是一樣的套路，并不會直接將該真實對象返回，而是由調(diào)用ResultSetLogger.newInstance()再次將該ResultSet對象包裝，ResultSetLogger的代碼相信聰明的您不需要我再花篇幅講了。
結(jié)束
好了，關(guān)于JDK動態(tài)代理的核心原理部分到這里算全部講解完畢了，其實我們聊了這么多，都是圍繞著java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance()這個方法展開的。其實在Proxy類中，還有一個getProxyClass()方法，這個只需要傳入加載代理類的類加載器和指定接口就可以動態(tài)生成其代理類，我一開始說到靜態(tài)代理弊病的時候說過，靜態(tài)代理創(chuàng)建代理時，真實角色必須要存在，否則這個模式?jīng)]法進(jìn)行下去，但是JDK動態(tài)代理可以做到在真實角色不存在的情況下就返回該接口的代理類。至于Proxy其它的方法都比較簡單了，此處不再贅述。
今天和大家一起探索JDK動態(tài)代理模式原理的技術(shù)之旅到此結(jié)束，希望這篇文章可以給大家?guī)韺W(xué)習(xí)或者工作上的幫助，也不枉我一個字一個字的手敲了這么多字......🥺以后相信大家對莫測高深的動態(tài)代理模式也不會再談“動態(tài)代理”色變了。接下去，我會繼續(xù)抽出空閑時間給大家分享自己學(xué)習(xí)工作過程踩過的坑，思考過的成果，分享他人同時也對自己的知識掌握輸出整理，也希望大家可以繼續(xù)關(guān)注我，咱們下次不見不散。😋
好了，以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，謝謝大家對腳本之家的支持。
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