一、JDK动态代理执行过程

上一篇我们讲了JDK动态代理的简单使用,今天我们就来研究一下它的原理。

首先我们回忆下上一篇的代码:

public class Main {
public static void main(String[] args)
{
IPaymentService paymentService = new WatchPaymentService();
PaymentIH paymentIH = new PaymentIH(paymentService);
IPaymentService proxy = (IPaymentService) Proxy.newProxyInstance(
paymentService.getClass().getClassLoader(),
new Class[] {IPaymentService.class}, paymentIH);
proxy.pay();
}
}

我们通过Proxy.newProxyInstance方法创建了代理对象,我们通过Debug看下这个proxy到底是什么:

我们看到proxy的类是$Proxy0,很显然这是一个自动生成的类,我们使用如下工具类将此动态类保存下来看看:

public class ProxyUtils {

/**
* 将动态类的二进制字节码保存到硬盘中,默认的是clazz目录下
* params: clazz 需要生成动态代理类的类
* proxyName: 为动态生成的代理类的名称
*/
public static void generateClassFile(Class clazz, String proxyName) {
// 根据类信息和提供的代理类名称,生成字节码
byte[] classFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, clazz.getInterfaces());
String paths = clazz.getResource(".").getPath();
System.out.println(paths);
FileOutputStream out = null;
try {
//保留到硬盘中
out = new FileOutputStream(paths + proxyName + ".class");
out.write(classFile);
out.flush();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
out.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

在main方法中执行下面这段代码,我们便可以在target的classes下找到生成的动态类。

ProxyUtils.generateClassFile(paymentService.getClass(), "PaymentServiceProxy");

我们通过IDEA查看这个动态类的内容如下:

public final class PaymentServiceProxy extends Proxy implements IPaymentService {
private static Method m1;
private static Method m3;
private static Method m2;
private static Method m0;

public PaymentServiceProxy(InvocationHandler var1) throws {
super(var1);
}

public final boolean equals(Object var1) throws {
try {
return (Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[]{var1});
} catch (RuntimeException | Error var3) {
throw var3;
} catch (Throwable var4) {
throw new UndeclaredThrowableException(var4);
}
}

public final void pay() 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);
} catch (RuntimeException | Error var2) {
throw var2;
} catch (Throwable var3) {
throw new UndeclaredThrowableException(var3);
}
}

static {
try {
m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
m3 = Class.forName("proxy.IPaymentService").getMethod("pay");
m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString");
m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode");
} catch (NoSuchMethodException var2) {
throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());
} catch (ClassNotFoundException var3) {
throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());
}
}
}

从 PaymentServiceProxy 的代码中我们可以发现:

  • PaymentServiceProxy 继承了 Proxy 类,并且实现了被代理的所有接口,以及equals、hashCode、toString等方法;

  • 由于 PaymentServiceProxy继承了 Proxy 类,所以每个代理类都会关联一个 InvocationHandler 方法调用处理器;

  • 类和所有方法都被 public final 修饰,所以代理类只可被使用,不可以再被继承;

  • 每个方法都有一个 Method 对象来描述,Method 对象在static静态代码块中创建,以 m + 数字 的格式命名;

  • 被代理对象方法的调用是通过super.h.invoke(this, m1, (Object[])null); 完成的,其中的 super.h.invoke 实际上是在创建代理的时候传递给 Proxy.newProxyInstance 的 PaymentIH 对象,即 InvocationHandler的实现类,负责实际的调用处理逻辑;

  • PaymentIH的invoke方法接收到method、args等参数后,通过反射机制让被代理对象执行对应的方法。

综上,JDK的动态代理执行流程如下:

那么这个类是如何生成的呢?这个类与InvocationHandler又是如何关联起来的?带着这两个问题我们深入研究下Proxy的源码。

二、JDK动态代理源码解读

@CallerSensitive
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
Class<?>[] interfaces,
InvocationHandler h)
throws IllegalArgumentException{
// null检查,h为null就抛出NullPointerException
Objects.requireNonNull(h);
// 将接口类对象数组clone一份。
final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();

//执行权限检查
final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
}

/*
* Look up or generate the designated proxy class.
*/
// 查找或者是生成一个特定的代理类对象
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);

/*
* Invoke its constructor with the designated invocation handler.
*/
try {
if (sm != null) {
checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
} // 从代理类对象中查找参数为InvocationHandler的构造器
final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
final InvocationHandler ih = h;
// 判断构造器是否是Public,如果不是则将其设置为可以访问的。
if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
cons.setAccessible(true);
return null;
}
});
}
// 通过反射,将h作为参数,实例化代理类,返回代理类实例。
return cons.newInstance(new Object[]{h});
} catch (IllegalAccessException|InstantiationException e) {
throw new InternalError(e.toString(), e);
} catch (InvocationTargetException e) {
Throwable t = e.getCause();
if (t instanceof RuntimeException) {
throw (RuntimeException) t;
} else {
throw new InternalError(t.toString(), t);
}
} catch (NoSuchMethodException e) {
throw new InternalError(e.toString(), e);
}
}

上面的代码中最重要的就是第21行和第44行,这两行实现了代理类的生成与实例化代理对象。

首先我们看下getProxyClass0(loader, intfs)的实现逻辑:

private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
Class<?>... interfaces) {
if (interfaces.length > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
}

// If the proxy class defined by the given loader implementing
// the given interfaces exists, this will simply return the cached copy;
// otherwise, it will create the proxy class via the ProxyClassFactory
// 如果代理类被指定的类加载器定义了,并实现了给定的接口,
// 那么就返回缓存的代理类对象,否则使用ProxyClassFactory创建代理类。
return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}

根据注释分析,proxyClassCache.get方法是获取代理类的入口,那我们接下来首先看看这个proxyClassCache是什么东东:

private static final WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory());

proxyClassCache是一个WeakCache的对象,我们看看他的定义:(由于代码篇幅较大,这里只展示出私有变量定义与构造函数定义)

final class WeakCache<K, P, V> {

private final ReferenceQueue<K> refQueue
= new ReferenceQueue<>();
// the key type is Object for supporting null key
private final ConcurrentMap<Object, ConcurrentMap<Object, Supplier<V>>> map
= new ConcurrentHashMap<>();
private final ConcurrentMap<Supplier<V>, Boolean> reverseMap
= new ConcurrentHashMap<>();
private final BiFunction<K, P, ?> subKeyFactory;
private final BiFunction<K, P, V> valueFactory;

/**
* Construct an instance of {@code WeakCache}
*
* @param subKeyFactory a function mapping a pair of
* {@code (key, parameter) -> sub-key}
* @param valueFactory a function mapping a pair of
* {@code (key, parameter) -> value}
* @throws NullPointerException if {@code subKeyFactory} or
* {@code valueFactory} is null.
*/
public WeakCache(BiFunction<K, P, ?> subKeyFactory,
BiFunction<K, P, V> valueFactory) {
this.subKeyFactory = Objects.requireNonNull(subKeyFactory);
this.valueFactory = Objects.requireNonNull(valueFactory);
}

其中map变量是实现缓存的核心变量,它是一个双重的Map结构: (key, subKey) -> value。其中key是传进来的Classloader进行包装后的对象,subKey是由WeakCache构造函数传人的KeyFactory()生成的。value就是产生代理类的对象由WeakCache构造函数传人的ProxyClassFactory()生成,这个可以从proxyClassCache的初始化能看出来。

产生subKey的KeyFactory代码如下:

private static final class KeyFactory
implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Object>
{
@Override
public Object apply(ClassLoader classLoader, Class<?>[] interfaces) {
switch (interfaces.length) {
case 1: return new Key1(interfaces[0]); // the most frequent
case 2: return new Key2(interfaces[0], interfaces[1]);
case 0: return key0;
default: return new KeyX(interfaces);
}
}
}

这部分代码没有必要深究,我们只需要知道它是根据传进去的interface生成subKey就行了,我们接着来看WeakCache.get方法:

public V get(K key, P parameter) {
// 校验parameter不为空
Objects.requireNonNull(parameter);
// 清除无效缓存
expungeStaleEntries();
// cacheKey就是缓存的一级键
Object cacheKey = CacheKey.valueOf(key, refQueue);
// 根据一级键得到ConcurrentMap<Object, Supplier<V>>,如果不存在则创建之
// lazily install the 2nd level valuesMap for the particular cacheKey
ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap = map.get(cacheKey);
if (valuesMap == null) {
ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> oldValuesMap
= map.putIfAbsent(cacheKey,
valuesMap = new ConcurrentHashMap<>());
if (oldValuesMap != null) {
valuesMap = oldValuesMap;
}
}

// create subKey and retrieve the possible Supplier<V> stored by that
// subKey from valuesMap
// 根据classloader和interfaces获取二级键,即KeyFactory的apply方法
Object subKey = Objects.requireNonNull(subKeyFactory.apply(key, parameter));
// 根据下面的代码可以得知这个supplier就是factory,这里同样也是先看缓存中有没有,没有就重新创建,
// 这也是此处代码使用一个while循环的原因
Supplier<V> supplier = valuesMap.get(subKey);
Factory factory = null;

while (true) {
if (supplier != null) {
// supplier might be a Factory or a CacheValue<V> instance
// 这里调用的就是Factory.get,得到代理类并返回
V value = supplier.get();
if (value != null) {
return value;
}
}
// else no supplier in cache
// or a supplier that returned null (could be a cleared CacheValue
// or a Factory that wasn't successful in installing the CacheValue)

// lazily construct a Factory
if (factory == null) {
factory = new Factory(key, parameter, subKey, valuesMap);
}

if (supplier == null) {
supplier = valuesMap.putIfAbsent(subKey, factory);
if (supplier == null) {
// successfully installed Factory
supplier = factory;
}
// else retry with winning supplier
} else {
if (valuesMap.replace(subKey, supplier, factory)) {
// successfully replaced
// cleared CacheEntry / unsuccessful Factory
// with our Factory
supplier = factory;
} else {
// retry with current supplier
supplier = valuesMap.get(subKey);
}
}
}
}

上面的代码稍微比较绕,总之就是先尝试从key获取(subKey -> value)如果不存在则创建(subKey -> value),然后再根据subKey获取value,同样的不存在则创建新的value。最终通过Factory.get方法获取代理类,接下来我们来看看Factory的代码:

private final class Factory implements Supplier<V> {

private final K key;
private final P parameter;
private final Object subKey;
private final ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap;

Factory(K key, P parameter, Object subKey,
ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap) {
this.key = key;
this.parameter = parameter;
this.subKey = subKey;
this.valuesMap = valuesMap;
}

@Override
public synchronized V get() { // serialize access
// re-check
Supplier<V> supplier = valuesMap.get(subKey);
// 检测得到的supplier是不是当前对象
if (supplier != this) {
// something changed while we were waiting:
// might be that we were replaced by a CacheValue
// or were removed because of failure ->
// return null to signal WeakCache.get() to retry
// the loop
return null;
}
// else still us (supplier == this)

// create new value
V value = null;
try {
// 调用ProxyClassFactory创建代理类
value = Objects.requireNonNull(valueFactory.apply(key, parameter));
} finally {
if (value == null) { // remove us on failure
valuesMap.remove(subKey, this);
}
}
// the only path to reach here is with non-null value
assert value != null;

// wrap value with CacheValue (WeakReference)
// 把value包装成弱引用
CacheValue<V> cacheValue = new CacheValue<>(value);

// try replacing us with CacheValue (this should always succeed)
if (valuesMap.replace(subKey, this, cacheValue)) {
// put also in reverseMap
reverseMap.put(cacheValue, Boolean.TRUE);
} else {
throw new AssertionError("Should not reach here");
}

// successfully replaced us with new CacheValue -> return the value
// wrapped by it
return value;
}
}

终于我们来到了ProxyClassFactory类了,这个类就是用来创建代理类的工厂类:

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

// next number to use for generation of unique proxy class names
// 代理类类名编号,即$Proxy0,$Proxy1,$Proxy2......
private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();

@Override
public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {

Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
// 校验接口是否能被当前classloader加载以及其是否是接口类
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());
}
}

// 生成代理类包名
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.
*/
//验证所有非公共的接口在同一个包内;公共的就无需处理
//生成包名和类名的逻辑,包名默认是com.sun.proxy,类名默认是$Proxy 加上一个自增的整数值
//如果被代理类是 non-public proxy interface ,则用和被代理类接口一样的包名
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();
// 代理类的完全限定名,如com.sun.proxy.$Proxy0.calss
String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;

/*
* Generate the specified proxy class.
*/
// 代理类字节码生成
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
proxyName, interfaces, accessFlags);
try {
//把代理类加载到JVM中,至此动态代理过程基本结束了
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());
}
}
}

在ProxyGenerator.generateProxyClass()方法中完成代理类的字节码的组装,最终就生成了本文一开始保存出来的代理类的内容,感兴趣的读者可以自行研究,值得注意的是在创建代理类的构造函数时,此处设定需要传入InvocationHandler对象,所以这样就能确保我们代理类能够通过我们实现的InvocationHandler接口去调用被代理类的方法。

private ProxyGenerator.MethodInfo generateConstructor() throws IOException {
ProxyGenerator.MethodInfo var1 = new ProxyGenerator.MethodInfo("<init>", "(Ljava/lang/reflect/InvocationHandler;)V", 1);
DataOutputStream var2 = new DataOutputStream(var1.code);
this.code_aload(0, var2);
this.code_aload(1, var2);
var2.writeByte(183);
var2.writeShort(this.cp.getMethodRef("java/lang/reflect/Proxy", "<init>", "(Ljava/lang/reflect/InvocationHandler;)V"));
var2.writeByte(177);
var1.maxStack = 10;
var1.maxLocals = 2;
var1.declaredExceptions = new short[0];
return var1;
}

设计模式学习——JAVA动态代理原理分析的更多相关文章

  1. 基于JDK的动态代理原理分析

    基于JDK的动态代理原理分析 这篇文章解决三个问题: What 动态代理是什么 How 动态代理怎么用 Why 动态代理的原理 动态代理是什么? 动态代理是代理模式的一种具体实现,是指在程序运行期间, ...

  2. Java 动态代理机制分析及扩展

    Java 动态代理机制分析及扩展,第 1 部分 王 忠平, 软件工程师, IBM 何 平, 软件工程师, IBM 简介: 本文通过分析 Java 动态代理的机制和特点,解读动态代理类的源代码,并且模拟 ...

  3. Java动态代理原理及其简单应用

    概念 代理对象和被代理对象一般实现相同的接口,调用者与代理对象进行交互.代理的存在对于调用者来说是透明的,调用者看到的只是接口.代理对象则可以封装一些内部的处理逻辑,如访问控制.远程通信.日志.缓存等 ...

  4. Java 动态代理机制分析及扩展,第 1 部分

    Java 动态代理机制分析及扩展,第 1 部分 http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-proxy1/ 本文通过分析 Java 动态代理的机制和特 ...

  5. Java 动态代理原理图解 (附:2种实现方式详细对比)

    ​ 动态代理在 Java 中有着广泛的应用,例如:Spring AOP 面向切面编程,Hibernate 数据查询.以及 RPC Dubbo 远程调用等,都有非常多的实际应用@mikechen 目录 ...

  6. [转]Java 动态代理机制分析及扩展

    引言 Java 动态代理机制的出现,使得 Java 开发人员不用手工编写代理类,只要简单地指定一组接口及委托类对象,便能动态地获得代理类.代理类会负责将所有的方法调用分派到委托对象上反射执行,在分派执 ...

  7. 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 ...

  8. Java 动态代理机制分析及扩展--转

    http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-proxy1/#icomments http://www.ibm.com/developerworks/c ...

  9. Java动态代理全面分析

    代理模式 解说:给某一个对象提供一个代理,并由代理对象控制对原对象的引用: 代理模式需要以下几个角色: 1  主题:规定代理类和真实对象共同对外暴露的接口: 2  代理类:专门代理真实对象的类: 3 ...

随机推荐

  1. 巩固java第四天

    巩固内容: HTML 元素 HTML 文档由 HTML 元素定义. HTML 元素 开始标签 * 元素内容 结束标签 * <p> 这是一个段落 </p> <a href= ...

  2. CAS你知道吗

    1.比较并交换 CASDemo /** * CAS => compareAndSet * 比较并交换 */ public class CASDemo { public static void m ...

  3. Linux定时任务crontable简介

    Linux下定时执行任务的方法:Linux之crond 服务介绍:https://www.cnblogs.com/liang-io/p/9596294.html http://www.mamicode ...

  4. How exactly does Google AdWords work?

    The key to how Google AdWords works is the Quality Score. Quality Score is generally how well an ad ...

  5. AOP与IOC的概念

    AOP与IOC的概念(即spring的核心) a) IOC:Spring是开源框架,使用框架可以使我们减少工作量,提高工作效率并且它是分层结构,即相对应的层处理对应的业务逻辑,减少代码的耦合度.而sp ...

  6. zabbix之源码安装

    #:官网地址 https://www.zabbix.com/documentation/4.0/zh/manual/installation/install #:解压并创建用户 root@ubuntu ...

  7. transient关键字和volatile关键字

    看到HashSet的源代码的时候,有一个关键字不太认识它..transient,百度整理之: Java的Serialization提供了一种持久化对象实例的机制,当持久化对象时,可能有一些特殊的对象数 ...

  8. ACE_Message_Block实现浅析

    ACE_Message_Block实现浅析1. 概述ACE_Message_Block是ACE中很重要的一个类,和ACE框架中的重要模式的实现 如ACE_Reactor, ACE_Proactor, ...

  9. 小程序中使用less(最优方式)

    写惯了less/sass,但是现在开发小程序缺还是css,很不习惯. 在网上搜的教程,要么是gulp,要么就是vscode的Easy-less的插件. 传统方式 我们来对比,这两种方式的优劣. Gul ...

  10. 查询表名和表备注(中文名) 及 dba_tables、all_tables和user_tables的区别

    1. select a.* from ALL_TAB_COMMENTS a --查表名和表中文名select a.* from ALL_TAB_COLUMNS a --查询表字段属性select a. ...