JAVA动态代理源码分析
动态代理简介
Proxy模式是常用的设计模式，其特征是代理类与委托类有同样的接口，代理类主要负责为委托类预处理消息、过滤消息、把消息转发给委托类，以及事后处理消息等。
用户可以更加结构图，自己编码完成Proxy模式。这种实现称为静态代理。
Java提供了java.lang.reflect.Proxy类与InvocationHandler接口，配合反射，可以实现动态代理。静态代理的代理类与代理操作，都是事先编码，运行过程种无法修改代理结构。动态代理的代理与代理操作，都是在运行过程中，动态生成，可以在运行过程中，修改代理结构，符合面向对象的开闭原则。
最最最主要的原因就是，在不改变目标对象方法的情况下对方法进行增强，比如，我们希望对方法的调用增加日志记录，或者对方法的调用进行拦截，等等…
动态代理用于将在不需要修改原代码的情况下进行代码的增加，spring中的AOP，事务，都是使用动态代理来实现的，我们天天都在使用动态代理只是自己不知道而已。
动态代理三大要素
需要定义一个接口
java动态代理类只能代理接口（不支持抽象类），如果没有接口就要使用cjlib
需要一个实现类继承这个接口
编写一个增强类实现 InvocationHandler接口
代理类都需要实现InvocationHandler接口的invoke方法
一个栗子
先定义一个接口
定义一个海外代购的接口
/**
* 海外代购
*/
public interface Buying {
public String buy();
}编写一个实现类
实现类实现接口
public class BuyingImpl implements Buying {
@Override
public String buy() {
System.out.println("开始逻辑处理");
return "买了个锤子";
}
}编写一个增强类
编写一个增强类，主要要包裹一个需要需要增强的对象也就是我们的BuyingImpl，并实现InvocationHandler接口，在invoke方法中写增强实现
/**
* 海外代购增强类
* 注意实现 InvocationHandler
* 动态代理类只能代理接口（不支持抽象类），代理类都需要实现InvocationHandler类，实现invoke方法。
* 该invoke方法就是调用被代理接口的所有方法时需要调用的 。
*/
public class BuingHandler implements InvocationHandler {
/**
* 包裹一个需要增强的目标对象
*/
private Object targetObject;
public BuingHandler(Object targetObject){
this.targetObject = targetObject;
}
/**
* 获取代理类
*
* @return
*/
public Object getProxy() {
/**
* 该方法用于为指定类装载器、一组接口及调用处理器生成动态代理类实例
* 第一个参数指定产生代理对象的类加载器，需要将其指定为和目标对象同一个类加载器
* 第二个参数要实现和目标对象一样的接口，所以只需要拿到目标对象的实现接口
* 第三个参数表明这些被拦截的方法在被拦截时需要执行哪个InvocationHandler的invoke方法
* 根据传入的目标返回一个代理对象
*/
return Proxy.newProxyInstance(targetObject.getClass().getClassLoader(),
targetObject.getClass().getInterfaces(), this);
}
/**
* 关联的这个实现类的方法被调用时将被执行
* InvocationHandler接口的方法
*
* @param proxy 表示代理对象
* @param method 示原对象被调用的方法
* @param args 表示方法的参数
* @return 返回的是对象的一个接口
* @throws Throwable
*/
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("前置增强");
//反射调用原始的需要增强的方法
Object value = method.invoke(targetObject, args);
System.out.println("后置增强");
return value;
}
}这里面要注意 method 是我们需要增强的方法，args 是我们需要增强的参数数组
编写Main方法
public static void main(String[] args) {
//创建BuingHandler 类
BuingHandler buingHandler = new BuingHandler(new BuyingImpl());
//获取代理对象
Buying buying = (Buying) buingHandler.getProxy();
//调用具体接口
String value = buying.buy();
System.out.println(value);
}输出
前置增强
开始逻辑处理
后置增强
买了个锤子我们就这样实现了动态代理，我们没有修改原有代码的情况下做了增强
我们实现了 其那只以及后置增强
我们运行下看下接口对象
我们看到实际对象是$Proxy0，我们发现动态代理给我们换了一个对象，我们要研究下他是怎么实现的
源码实现
读源码首先找到入口，没有不得入口就像无头的苍蝇，苍蝇还不叮无缝的蛋呢
下面内容有点多，也有点绕，请跟着思路来一点点解析
1、首先找到入口
我们创建代理对象调用的是
Proxy.newProxyInstance(targetObject.getClass().getClassLoader(),
targetObject.getClass().getInterfaces(), this);所以我们先从Proxy.newProxyInstance开始入手
2、newProxyInstance方法
进入newProxyInstance方法内部
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
Class<?>[] interfaces,
InvocationHandler h)
throws IllegalArgumentException {
//增强实现不能为空，为空就抛出异常
Objects.requireNonNull(h);
//对接口数组进行clone
final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
//进项权限检查
final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
}
/*
* Look up or generate the designated proxy class.
* ********核心代码入口***********
* 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.
* 使用指定的调用处理程序调用其构造函数
*/
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;
// 检测构造器是否是Public修饰，如果不是则强行转换为可以访问的。
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);
}
}上面代码的核心方法是
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);找到了核心方法继续深入
3、getProxyClass0方法入口
生成一个代理对象的方法
/**
* 生成一个代理对象
* Generate a proxy class. Must call the checkProxyAccess method
* to perform permission checks before calling this.
*/
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
Class<?>... interfaces) {
//接口数量不能大于65535 否则报错 具体为什么 不太清楚
if (interfaces.length > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
}
//根据类加载器生成代理字节码文件
// If the proxy class defined by the given loader implementing
//如果接口存在缓存中们就从缓存中获取
// the given interfaces exists, this will simply return the cached copy;
//否则，它将通过proxyClassFactory创建代理类
// otherwise, it will create the proxy class via the ProxyClassFactory
return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}这一段代码是从缓存中获取代理对象，核心的代码还在里面 proxyClassCache.get(loader, interfaces);
因为 proxyClassCache 是一个WeakCache 的类，所以我们先来学习下WeakCache
4、WeakCache类
WeakCache 方法声明
在这个方法中，是直接从一个叫proxyClassCache缓存中读取的，来看一下这个缓存的声明：
/**
* a cache of proxy classes
* 缓存代理的class字节码文件，如果没有则使用ProxyClassFactory创建
*/
private static final WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory());里涉及到三个类：WeakCache,KeyFactory,ProxyClassFactory，其中后面两个类都是Proxy类的静态内部类，从类名可以大概猜测到，keyFactory是用来生产key的，ProxyClassFactory是用来生产代理类对象的，这个稍后会提到。
WeakCache类的大概结构
final class WeakCache<K, P, V> {
private final ReferenceQueue<K> refQueue
= new ReferenceQueue<>();
// the key type is Object for supporting null key
// key的类型为Object，支持null key,这里的null key并不是真的可以使用null最为key,而是一个new Objdec()对象实例。ConcurrentHashMap,不允许键或值null，而HashMap可以。ConcurrentHashMap是线程安全的，HashMap不是。
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;
// 构造方法
public WeakCache(BiFunction<K, P, ?> subKeyFactory,
BiFunction<K, P, V> valueFactory) {
this.subKeyFactory = Objects.requireNonNull(subKeyFactory);
this.valueFactory = Objects.requireNonNull(valueFactory);
}
//核心入口方法 我们接下来介绍这个类
public V get(K key, P parameter) {
}
...上面的源代码中写明，代理对象的核心方法是get , 我们结合上下文 发现 key是loader 类加载器，parameter是接口数组interfaces
5、proxyClassCache.get
这个对象是从缓存中获取字节码对象，key是接口，value是对象的字节码文件，如果给定的接口存在则返回字节码文件，如果不存在则调用proxyClassFactory创建代理类进行创建
/**
* return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
* <p>
* 获取代理对象的核心方法
*
* @param key 类加载器 loader
* @param parameter 接口的数组 interfaces
* @return
*/
public V get(K key, P parameter) {
//接口数组不能为空，否则抛出异常
Objects.requireNonNull(parameter);
// 删除过时的条目
expungeStaleEntries();
// 生成缓存key对象实例，如果key = null，cacheKey = new Object();
Object cacheKey = WeakCache.CacheKey.valueOf(key, refQueue);
// lazily install the 2nd level valuesMap for the particular cacheKey
// 从缓存map中读取指定cacheKey的缓存数据valuesMap
ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap = map.get(cacheKey);
if (valuesMap == null) {
//如果valuesMap为null,则新增
// putIfAbsent方法解释：如果值存在则返回值，并且不对原来的值做任何更改，如果不存在则新增，并返回null
//map.putIfAbsent 是map中新增的一个方法 存在则返回，不存在put然后在返回
ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> oldValuesMap = map.putIfAbsent(cacheKey, valuesMap = new ConcurrentHashMap<>());
//赋值
if (oldValuesMap != null) {
valuesMap = oldValuesMap;
}
}
// create subKey and retrieve the possible Supplier<V> stored by that
// subKey from valuesMap
//获取subKey，这里用到了上面提到的Proxy的静态内部类 KeyFactory:subKeyFactory.apply(ket,parameter)
Object subKey = Objects.requireNonNull(subKeyFactory.apply(key, parameter));
// 从valuesMap中获取supplier
Supplier<V> supplier = valuesMap.get(subKey);
WeakCache.Factory factory = null;
while (true) {
if (supplier != null) {
// supplier might be a Factory or a CacheValue<V> instance
// 4、从工厂中获取代理类对象
V value = supplier.get();
if (value != null) {
//5、返回
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
//1、实例化工厂
if (factory == null) {
factory = new WeakCache.Factory(key, parameter, subKey, valuesMap);
}
if (supplier == null) {
//2、将supplier保存到valuesMap中
supplier = valuesMap.putIfAbsent(subKey, factory);
if (supplier == null) {
// successfully installed Factory
// 3、赋值
supplier = factory;
}
// else retry with winning supplier
} else {
//如果subKey和supplier都匹配则则将supplier替换为新生成的factory
if (valuesMap.replace(subKey, supplier, factory)) {
// successfully replaced
// cleared CacheEntry / unsuccessful Factory
// with our Factory
//替换成功赋值
supplier = factory;
} else {
// retry with current supplier
//使用当前的supplier进行重试
supplier = valuesMap.get(subKey);
}
}
}
}因为程序中Proxy.newProxyInstance是第一次执行，所以while循环开始的时候，supplier，valuesMap都是null。在这个前提下，我为代码的执行顺序做了一个编号，从1-5执行。
可以看到第5步，也就是源代码的第47行将结果返回，那么，代理类对象就是在第4步，也就是第43行生成的。而且也可以从第3步，也就是第65行发现supplier就是factory。
那么接下来，就分析一下Factory.get方法。
6、Factory.get方法
Factory类是WeakCache的内部类。这个类中除去构造方法外，就是get方法了，下面是这个代码的实现：
/**
* Factory 实现类Supplier 接口
*/
private final class Factory implements Supplier<V> {
//类加载器 loader
private final K key;
//接口的数组 interfaces
private final P parameter;
//这里的subkey 就是上面的 KeyFactory 可以会看 WeakCache 方法声明
private final Object subKey;
//提供者的MAP key是KeyFactory ，value 是 Factory 本身
private final ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap;
//构造方法
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
//检查 如果 supplier不是自己 返回
Supplier<V> supplier = valuesMap.get(subKey);
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
//定义一个新的对象
V value = null;
try {
/**
* valueFactory就是WeakCache的valueFactory属性，因为Factory是WeakCache的内部类，所以可以直接访问WeakCache的valueFactory属性
* 我们可以回去看看第四第五 proxyClassCache.get 以及 WeakCache 的简单结构 注意valueFactory 发现就是 ProxyClassFactory
* 就在这一步生成了 代理对象
*/
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
//校验对象不为空
assert value != null;
// wrap value with CacheValue (WeakReference)
WeakCache.CacheValue<V> cacheValue = new WeakCache.CacheValue<>(value);
// put into reverseMap
//缓存代理对象
reverseMap.put(cacheValue, Boolean.TRUE);
// try replacing us with CacheValue (this should always succeed)
//并将valuesMap替换为最新生成的对象
if (!valuesMap.replace(subKey, this, cacheValue)) {
throw new AssertionError("Should not reach here");
}
// successfully replaced us with new CacheValue -> return the value
// wrapped by it
//返回对象
return value;
}
}我们核心注意的是
value = Objects.requireNonNull(valueFactory.apply(key, parameter));这里的valueFactory就是Proxy的静态内部类ProxyClassFactory，上面也提到过，那么就接着分析ProxyClassFactory的apply方法吧。
7、ProxyClassFactory.apply方法
/**
* 一个利用给定的类加载器和接口类数组生成，定义并返回代理类对象的工厂方法
* A factory function that generates, defines and returns the proxy class given
* the ClassLoader and array of interfaces.
*/
private static final class ProxyClassFactory
implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
{
// prefix for all proxy class names
//所有代理类对象的前缀 这个就回答了为什么代理类都带有$Proxy
private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";
// next number to use for generation of unique proxy class names
//用于生成唯一代理类名称的下一个数字
private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();
/**
* 开始我们的核心方法apply
* @param loader 类加载器
* @param interfaces 接口数组
* @return
*/
@Override
public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {
Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
//接口校验循环
for (Class<?> intf : interfaces) {
/*
* Verify that the class loader resolves the name of this
* interface to the same Class object.
*/
Class<?> interfaceClass = null;
try {
//加载接口类，获得接口类的类对象，第二个参数为false表示不进行实例化
interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader);
} catch (ClassNotFoundException e) {
}
//进行校验
if (interfaceClass != intf) {
throw new IllegalArgumentException(
intf + " is not visible from class loader");
}
/*
* Verify that the Class object actually represents an
* interface.
* 验证是否是接口 不是接口报错
*/
if (!interfaceClass.isInterface()) {
throw new IllegalArgumentException(
interfaceClass.getName() + " is not an interface");
}
/*
* Verify that this interface is not a duplicate.
* 验证此接口不是重复的，重复的就报错
*/
if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
throw new IllegalArgumentException(
"repeated interface: " + interfaceClass.getName());
}
}
//代理类的包名
String proxyPkg = null; // package to define proxy class in
//访问权限
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.
*/
for (Class<?> intf : interfaces) {
int flags = intf.getModifiers();
//如果接口是public就跳过 我们的接口基本上不会走这里
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
//如果没有public的接口 就是用 com.sun.proxy 的包前缀
//类似于com.sun.proxy.$Proxy0
proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
}
/*
* Choose a name for the proxy class to generate.
* 生成代理类的类名
*/
//生成代理类的序号
long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
//生成代理类的完全限定名
String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
/*
* Generate the specified proxy class.
* 生成代理类class文件
* 这个是生成的核心方法
*/
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
proxyName, interfaces, accessFlags);
try {
//返回代理类对象
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());
}
}
}在代码的第111行，生成了代理类的class文件，并且在115行返回了我们需要的代理类对象。那么怎么找到这个生成的代理类class文件呢？
到这里 我们就跟完了动态代理的核心流程，我们解释了为什么 代理类都带有$Proxy，以及后面的序号是怎么来的。
生成代码的核心代码是
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
proxyName, interfaces, accessFlags);ProxyGenerator是根据代理名称接口生成代理类的核心代码，我们就不跟进去了，以后有时间再进去，里面都是字节码操作的知识了，也是在sun.misc包下，一般是不开源的，如果需要可以去下载sun包的源码，1.8之后就不开源了。
查看生成的代理类
我们上面最终跟到了ProxyGenerator类，ProxyGenerator是生成字节码文件的核心代码，我们想看下生成的字节码怎么办呢，我们自己去生成并且输出出来。
看代码
//生成代理字节码数组文件 传入一个接口数组
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass("com.sun.proxy", new Class[]{Buying.class}, 1);
//将字节数组转换成class文件并输出到本地
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("d:/com.sun.proxy.class"));
fos.write(proxyClassFile);
fos.flush();
fos.close();我们反编译以下 com.sun.proxy.class
//继承了Proxy类，实现了Buying接口
public class proxy extends Proxy implements Buying {
private static Method m1;
private static Method m2;
private static Method m3;
private static Method m0;
//构造方法，直接调用了父类，也就是Proxy的构造方法，参数paramInvocationHandler就是我们的BuingHandler实例化对象handler
public proxy(InvocationHandler paramInvocationHandler) {
super(paramInvocationHandler);
}
/**
* 实现equals 方法
* @param var1
* @return
*/
public final boolean equals(Object var1) {
try {
return (Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[]{var1});
} catch (RuntimeException | Error var3) {
throw var3;
} catch (Throwable var4) {
throw new UndeclaredThrowableException(var4);
}
}
/**
* 实现toString方法
* @return
*/
public final String toString() {
try {
return (String)super.h.invoke(this, m2, (Object[])null);
} catch (RuntimeException | Error var2) {
throw var2;
} catch (Throwable var3) {
throw new UndeclaredThrowableException(var3);
}
}
//实现了Buying 接口的 buy
public final String buy() {
try {
/**
* 这里的h就是我们的BuingHandler 实例
* 调用 父类 Proxy 里面我们传入的 BuingHandler 对象
*/
return (String)super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);
} catch (RuntimeException | Error var2) {
throw var2;
} catch (Throwable var3) {
throw new UndeclaredThrowableException(var3);
}
}
/**
* 实现了hashCode方法
* @return
*/
public final int hashCode() {
try {
return (Integer)super.h.invoke(this, m0, (Object[])null);
} catch (RuntimeException | Error var2) {
throw var2;
} catch (Throwable var3) {
throw new UndeclaredThrowableException(var3);
}
}
//静态代码块，做初始化操作
static {
try {
//通过反射，获取Object对象方法对象的equals 方法
m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
//通过反射，获取Object对象方法对象的toString 方法
m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString");
//通过反射，获取Buying对象方法对象的buy 方法
m3 = Class.forName("com.test.proxy.Buying").getMethod("buy");
//通过反射，获取Object对象方法对象的hashCode 方法
m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode");
} catch (NoSuchMethodException var2) {
throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());
} catch (ClassNotFoundException var3) {
throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());
}
}
}代理类实例化的代码是：cons.newInstance(new Object[]{h})。这里是通过反射调用代理类对象的构造方法，传入了参数h（我们的BuingHandler实例化对象handler）。
这个构造方法，就是上述反编译代码里的构造方法，而上述反编译代码里的构造方法调用了Proxy类的构造方法，来看一下Proxy类的构造方法：
protected InvocationHandler h;
protected Proxy(InvocationHandler h) {
Objects.requireNonNull(h);
this.h = h;
}这里将我们传入的handler直接赋值给了InvocationHandler h。上述反编译代码中的super.h 就是我们传入的handler。
所以proxy.buy();方法在执行的时候会去调用BuingHandler类的invoke方法。
好了到这里我们的源码解析已经完了。
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