深度剖析java中JDK动态代理机制

https://www.jb51.net/article/110342.htm

本篇文章主要介绍了深度剖析java中JDK动态代理机制 ，动态代理避免了开发人员编写各个繁锁的静态代理类，只需简单地指定一组接口及目标类对象就能动态的获得代理对象。

 

摘要

相比于静态代理，动态代理避免了开发人员编写各个繁锁的静态代理类，只需简单地指定一组接口及目标类对象就能动态的获得代理对象。

代理模式

使用代理模式必须要让代理类和目标类实现相同的接口，客户端通过代理类来调用目标方法，代理类会将所有的方法调用分派到目标对象上反射执行，还可以在分派过程中添加"前置通知"和后置处理（如在调用目标方法前校验权限，在调用完目标方法后打印日志等）等功能。

使用动态代理的五大步骤

1.通过实现InvocationHandler接口来自定义自己的InvocationHandler;

2.通过Proxy.getProxyClass获得动态代理类

3.通过反射机制获得代理类的构造方法，方法签名为getConstructor(InvocationHandler.class)

4.通过构造函数获得代理对象并将自定义的InvocationHandler实例对象传为参数传入

5.通过代理对象调用目标方法

动态代理的使用

例1(方式一)

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public class MyProxy {     public interface IHello{       void sayHello();     }     static class Hello implements IHello{       public void sayHello() {         System.out.println("Hello world!!");       }     }     //自定义InvocationHandler     static class HWInvocationHandler implements InvocationHandler{       //目标对象       private Object target;       public HWInvocationHandler(Object target){         this.target = target;       }       public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {         System.out.println("------插入前置通知代码-------------");         //执行相应的目标方法         Object rs = method.invoke(target,args);         System.out.println("------插入后置处理代码-------------");         return rs;       }     }     public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetExc  eption, InstantiationException {       //生成$Proxy0的class文件       System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");       //获取动态代理类       Class proxyClazz = Proxy.getProxyClass(IHello.class.getClassLoader(),IHello.class);       //获得代理类的构造函数，并传入参数类型InvocationHandler.class       Constructor constructor = proxyClazz.getConstructor(InvocationHandler.class);       //通过构造函数来创建动态代理对象，将自定义的InvocationHandler实例传入       IHello iHello = (IHello) constructor.newInstance(new HWInvocationHandler(new Hello()));       //通过代理对象调用目标方法       iHello.sayHello();     }   }

输出：

------插入前置通知代码-------------
Hello world!!
------插入后置处理代码-------------

Proxy类中还有个将2~4步骤封装好的简便方法来创建动态代理对象，其方法签名为：newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] instance, InvocationHandler h)，如下例：

(方式二)

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public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {       //生成$Proxy0的class文件       System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");       IHello ihello = (IHello) Proxy.newProxyInstance(IHello.class.getClassLoader(), //加载接口的类加载器           new Class[]{IHello.class},   //一组接口           new HWInvocationHandler(new Hello())); //自定义的InvocationHandler       ihello.sayHello();     }

输出结果一样.

下面以newProxyInstance方法为切入点来剖析代理类的生成及代理方法的调用

（为了篇幅整洁去掉了次要的代码）

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public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,                        Class<!--?-->[] interfaces,                        InvocationHandler h)         throws IllegalArgumentException     {       if (h == null) {  //如果h为空直接抛出异常，所以InvocationHandler实例对象是必须的         throw new NullPointerException();       }       //对象的拷贝,暂不知道这里拷贝下的意义是啥？       final Class<!--?-->[] intfs = interfaces.clone();       //一些安全的权限检查       final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();       if (sm != null) {         checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);       }       //产生代理类       Class<!--?--> cl = getProxyClass0(loader, intfs);            //获取代理类的构造函数对象       //参数constructorParames为常量值：private static final Class<!--?-->[] constructorParams = { InvocationHandler.class };       final Constructor<!--?--> cons = cl.getConstructor(constructorParames);       final InvocationHandler ih = h;       //根据代理类的构造函数对象来创建代理类对象       return newInstance(cons, ih);                }

这段代码就是对代理类对象的创建，就是对例1中34~38行封装，其中getProxyClass0就是生成代理类的方法

getProxyClass0方法剖析

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private static Class<!--?--> getProxyClass0(ClassLoader loader,                         Class<!--?-->... interfaces) {   //接口数不得超过65535个       if (interfaces.length > 65535) {         throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");       }   //代理类缓存，如果缓存中有代理类了直接返回，否则将由ProxyClassFactory创建代理类       return proxyClassCache.get(loader, interfaces);     }

看看ProxyClassFactory是怎样生成代理类的?

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private static final class ProxyClassFactory       implements BiFunction<classloader, class<?="">[], Class<!--?-->>     {       //统一代理类的前缀名都以$Proxy开关       private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";       //使用唯一的编号给作为代理类名的一部分，如$Proxy0,$Proxy1等       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) {           //验证指定的类加载器(loader)加载接口所得到的Class对象(interfaceClass)是否与intf对象相同           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");           }           //验证该Class对象是不是接口           if (!interfaceClass.isInterface()) {             throw new IllegalArgumentException(               interfaceClass.getName() + " is not an interface");           }           // 验证该接口是否重复了           if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {             throw new IllegalArgumentException(               "repeated interface: " + interfaceClass.getName());           }         }            //声明代理类所在包         String proxyPkg = null;          /*验证你传入的接口中是否有非public接口，只要有一个接口是非public的，那么这些接口都必须在同一包中         这里的接口修饰符直接影响到System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true")所生成         的代理类的路径，往下看！！*/         for (Class<!--?--> intf : interfaces) {           int flags = intf.getModifiers();           if (!Modifier.isPublic(flags)) {             String name = intf.getName();             int n = name.lastIndexOf('.');             //截取完整包名             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) {           /*如果都是public接口，那么生成的代理类就在com.sun.proxy包下如果报java.io.FileNotFoundException: com\sun\proxy\$Proxy0.c         lass (系统找不到指定的路径。)的错误，就先在你项目中创建com.sun.proxy路径*/                proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";         }               //将当前nextUniqueNumber的值以原子的方式的加1，所以第一次生成代理类的名字为$Proxy0.class         long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();         //代理类的完全限定名，如com.sun.proxy.$Proxy0.calss,         String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;         //生成代理类字节码文件               byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(           proxyName, interfaces);         try {           return defineClass0(loader, proxyName,                     proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);         } catch (ClassFormatError e) {           throw new IllegalArgumentException(e.toString());         }       }     }</class<?></classloader,>

而生成代理类字节码文件又主要通过ProxyGenerate的generateProxyClass(proxyName，interfaces)

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public static byte[] generateProxyClass(final String var0, Class[] var1) {       ProxyGenerator var2 = new ProxyGenerator(var0, var1);       //生成代理类字节码文件的真正方法       final byte[] var3 = var2.generateClassFile();       //保存文件       if(saveGeneratedFiles) {         AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {           public Void run() {             try {               FileOutputStream var1 = new FileOutputStream(ProxyGenerator.dotToSlash(var0) + ".class");               var1.write(var3);               var1.close();               return null;             } catch (IOException var2) {               throw new InternalError("I/O exception saving generated file: " + var2);             }           }         });       }       return var3;     }

层层调用后，最终generateClassFile才是真正生成代理类字节码文件的方法，注意开头的三个addProxyMethod方法是只将Object的hashcode,equals,toString方法添加到代理方法容器中，代理类除此之外并没有重写其他Object的方法，所以除这三个方法外，代理类调用其他方法的行为与Object调用这些方法的行为一样不通过Invoke

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private byte[] generateClassFile() {       /addProxyMethod系列方法就是将接口的方法和Object的hashCode,equals,toString方法添加到代理方法容器(proxyMethods),        其中方法签名作为key,proxyMethod作为value*/       /*hashCodeMethod方法位于静态代码块中通过Object对象获得，hashCodeMethod=Object.class.getMethod("hashCode",new Class[0]),        相当于从Object中继承过来了这三个方法equalsMethod,toStringMethod*/        this.addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);  -->       this.addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);       this.addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);       int var1;       int var3;        //获得所有接口中的所有方法，并将方法添加到代理方法中       for(var1 = 0; var1 < this.interfaces.length; ++var1) {         Method[] var2 = this.interfaces[var1].getMethods();              for(var3 = 0; var3 < var2.length; ++var3) {           this.addProxyMethod(var2[var3], this.interfaces[var1]);         }       }                Iterator var7 = this.proxyMethods.values().iterator();       List var8;       while(var7.hasNext()) {         var8 = (List)var7.next();         checkReturnTypes(var8);  //验证具有相同方法签名的的方法的返回值类型是否一致，因为不可能有两个方法名相同,参数相同，而返回值却不同的方法       };     //接下来就是写代理类文件的步骤了       Iterator var11       try {          //生成代理类的构造函数         this.methods.add(this.generateConstructor());         var7 = this.proxyMethods.values().iterator();         while(var7.hasNext()) {           var8 = (List)var7.next();           var11 = var8.iterator();           while(var11.hasNext()) {             ProxyGenerator.ProxyMethod var4 = (ProxyGenerator.ProxyMethod)var11.next();             /将代理字段声明为Method，10为ACC_PRIVATE和ACC_STATAIC的与运算，表示该字段的修饰符为private static              所以代理类的字段都是private static Method XXX*/             this.fields.add(new ProxyGenerator.FieldInfo(var4.methodFieldName, "Ljava/lang/reflect/Method;", 10));             //生成代理类的代理方法             this.methods.add(var4.generateMethod());           }         }         //为代理类生成静态代码块，对一些字段进行初始化         this.methods.add(this.generateStaticInitializer());       } catch (IOException var6) {         throw new InternalError("unexpected I/O Exception");       }               if(this.methods.size() > '\uffff') { //代理方法超过65535将抛出异常         throw new IllegalArgumentException("method limit exceeded");       } else if(this.fields.size() > '\uffff') {  //代理类的字段超过65535将抛出异常         throw new IllegalArgumentException("field limit exceeded");       } else {        //这里开始就是一些代理类文件的过程，此过程略过         this.cp.getClass(dotToSlash(this.className));         this.cp.getClass("java/lang/reflect/Proxy");         for(var1 = 0; var1 < this.interfaces.length; ++var1) {           this.cp.getClass(dotToSlash(this.interfaces[var1].getName()));         }         this.cp.setReadOnly();         ByteArrayOutputStream var9 = new ByteArrayOutputStream();         DataOutputStream var10 = new DataOutputStream(var9);         try {           var10.writeInt(-889275714);           var10.writeShort(0);           var10.writeShort(49);           this.cp.write(var10);           var10.writeShort(49);           var10.writeShort(this.cp.getClass(dotToSlash(this.className)));           var10.writeShort(this.cp.getClass("java/lang/reflect/Proxy"));           var10.writeShort(this.interfaces.length);           for(var3 = 0; var3 < this.interfaces.length; ++var3) {             var10.writeShort(this.cp.getClass(dotToSlash(this.interfaces[var3].getName())));           }           var10.writeShort(this.fields.size());           var11 = this.fields.iterator();           while(var11.hasNext()) {             ProxyGenerator.FieldInfo var12 = (ProxyGenerator.FieldInfo)var11.next();             var12.write(var10);           }           var10.writeShort(this.methods.size());           var11 = this.methods.iterator();           while(var11.hasNext()) {             ProxyGenerator.MethodInfo var13 = (ProxyGenerator.MethodInfo)var11.next();             var13.write(var10);           }           var10.writeShort(0);           return var9.toByteArray();         } catch (IOException var5) {           throw new InternalError("unexpected I/O Exception");         }       }     }

addProxyMethod方法剖析

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private void addProxyMethod(Method var1, Class var2) {       String var3 = var1.getName(); //方法名       Class[] var4 = var1.getParameterTypes();  //方法参数类型数组       Class var5 = var1.getReturnType();  //返回值类型       Class[] var6 = var1.getExceptionTypes();  //异常类型       String var7 = var3 + getParameterDescriptors(var4);  //方法签名       Object var8 = (List)this.proxyMethods.get(var7);  //根据方法签名却获得proxyMethods的Value       if(var8 != null) {  //处理多个代理接口中重复的方法的情况         Iterator var9 = ((List)var8).iterator();         while(var9.hasNext()) {           ProxyGenerator.ProxyMethod var10 = (ProxyGenerator.ProxyMethod)var9.next();           if(var5 == var10.returnType) {             /*归约异常类型以至于让重写的方法抛出合适的异常类型，我认为这里可能是多个接口中有相同的方法，而这些相同的方法抛出的异常类           型又不同，所以对这些相同方法抛出的异常进行了归约*/             ArrayList var11 = new ArrayList();             collectCompatibleTypes(var6, var10.exceptionTypes, var11);             collectCompatibleTypes(var10.exceptionTypes, var6, var11);             var10.exceptionTypes = new Class[var11.size()];             //将ArrayList转换为Class对象数组             var10.exceptionTypes = (Class[])var11.toArray(var10.exceptionTypes);             return;           }         }       } else {         var8 = new ArrayList(3);         this.proxyMethods.put(var7, var8);       }         ((List)var8).add(new ProxyGenerator.ProxyMethod(var3, var4, var5, var6, var2, null));       /*24~27行的意思就是如果var8为空，就创建一个数组，并以方法签名为key,proxymethod对象数组为value添加到proxyMethods*/     }

InvocationHandler的作用

在动态代理中InvocationHandler是核心，每个代理实例都具有一个关联的调用处理程序(InvocationHandler)。对代理实例调用方法时，将对方法调用进行编码并将其指派到它的调用处理程序(InvocationHandler)的 invoke 方法。所以对代理方法的调用都是通InvocationHadler的invoke来实现中，而invoke方法根据传入的代理对象，方法和参数来决定调用代理的哪个方法

invoke方法签名：invoke（Object Proxy，Method method，Object[] args）

 $Proxy0.class

来看看例1(MyProxy)的代理类是怎样的？

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public final class $Proxy0 extends Proxy implements IHello {  //继承了Proxy类和实现IHello接口     //变量，都是private static Method XXX     private static Method m3;      private static Method m1;     private static Method m0;     private static Method m2;     //代理类的构造函数，其参数正是是InvocationHandler实例，Proxy.newInstance方法就是通过通过这个构造函数来创建代理实例的     public $Proxy0(InvocationHandler var1) throws {       super(var1);     }     //接口代理方法     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);       }     }     //以下Object中的三个方法     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 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);       }     }     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);       }     }     //对变量进行一些初始化工作     static {       try {         m3 = Class.forName("com.mobin.proxy.IHello").getMethod("sayHello", new Class[0]);         m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[]{Class.forName("java.lang.Object")});         m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);         m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);       } catch (NoSuchMethodException var2) {         throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());       } catch (ClassNotFoundException var3) {         throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());       }     }   }

以上就是对代理类如何生成，代理类方法如何被调用的分析！在很多框架都使用了动态代理如Spring,HDFS的RPC调用等等，分析过程中收获很多，如果想深入的了解JDK动态代理机制一定要深入到源码去剖析！！希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持脚本之家。