• jdk动态代理的实现原理

    转自：https://blog.csdn.net/tyrroo/article/details/79072796
    关于JDK的动态代理，最为人熟知要可能要数Spring AOP的实现，默认情况下，Spring AOP的实现对于接口来说就是使用的JDK的动态代理来实现的，而对于类的代理使用CGLIB来实现。那么，什么是JDK的动态代理呢？
    JDK的动态代理，就是在程序运行的过程中，根据被代理的接口来动态生成代理类的class文件，并加载运行的过程。JDK从1.3开始支持动态代理。那么JDK是如何生成动态代理的呢？JDK动态代理为什么不支持类的代理，只支持接口的代理？
    首先来看一下如何使用JDK动态代理。JDK提供了java.lang.reflect.Proxy类来实现动态代理的，可通过它的newProxyInstance来获得代理实现类。同时对于代理的接口的实际处理，是一个java.lang.reflect.InvocationHandler，它提供了一个invoke方法供实现者提供相应的代理逻辑的实现。可以对实际的实现进行一些特殊的处理，像Spring AOP中的各种advice。下面来看看如何使用。
    被代理的接口
    [java] view plain copy
     
     
    1. package com.mikan.proxy;  
    2.   
    3. /** 
    4.  * @author Mikan 
    5.  * @date 2015-09-15 18:00 
    6.  */  
    7. public interface HelloWorld {  
    8.   
    9.     void sayHello(String name);  
    10.   
    11. }  
    接口的实现类：
    [java] view plain copy
     
     
    1. package com.mikan.proxy;  
    2.   
    3. /** 
    4.  * @author Mikan 
    5.  * @date 2015-09-15 18:01 
    6.  */  
    7. public class HelloWorldImpl implements HelloWorld {  
    8.     @Override  
    9.     public void sayHello(String name) {  
    10.         System.out.println("Hello " + name);  
    11.     }  
    12. }  
    实现一个java.lang.reflect.InvocationHandler：
    [java] view plain copy
     
     
    1. package com.mikan.proxy;  
    2.   
    3. import java.lang.reflect.InvocationHandler;  
    4. import java.lang.reflect.Method;  
    5.   
    6. /** 
    7.  * @author Mikan 
    8.  * @date 2015-09-15 19:53 
    9.  */  
    10. public class CustomInvocationHandler implements InvocationHandler {  
    11.     private Object target;  
    12.   
    13.     public CustomInvocationHandler(Object target) {  
    14.         this.target = target;  
    15.     }  
    16.   
    17.     @Override  
    18.     public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {  
    19.         System.out.println("Before invocation");  
    20.         Object retVal = method.invoke(target, args);  
    21.         System.out.println("After invocation");  
    22.         return retVal;  
    23.     }  
    24. }  
    使用代理：
    [java] view plain copy
     
     
    1. package com.mikan.proxy;  
    2.   
    3. import java.lang.reflect.Proxy;  
    4.   
    5. /** 
    6.  * @author Mikan 
    7.  * @date 2015-09-15 18:01 
    8.  */  
    9. public class ProxyTest {  
    10.   
    11.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
    12.         System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");  
    13.   
    14.         CustomInvocationHandler handler = new CustomInvocationHandler(new HelloWorldImpl());  
    15.         HelloWorld proxy = (HelloWorld) Proxy.newProxyInstance(  
    16.                 ProxyTest.class.getClassLoader(),  
    17.                 new Class[]{HelloWorld.class},  
    18.                 handler);  
    19.         proxy.sayHello("Mikan");  
    20.     }  
    21.   
    22. }  
    运行的输出结果：
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    1. localhost:classes mikan$ java com/mikan/proxy/ProxyTest  
    2. Before invocation  
    3. Hello Mikan  
    4. After invocation  
    从上面可以看出，JDK的动态代理使用起来非常简单，但是只知道如何使用是不够的，知其然，还需知其所以然。所以要想搞清楚它的实现，那么得从源码入手。这里的源码是1.7.0_79。首先来看看它是如何生成代理类的：
    [java] view plain copy
     
     
    1. public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,  
    2.                                       Class<?>[] interfaces,  
    3.                                       InvocationHandler h)  
    4.     throws IllegalArgumentException {  
    5.     if (h == null) {  
    6.         throw new NullPointerException();  
    7.     }  
    8.   
    9.     final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();  
    10.     final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();  
    11.     if (sm != null) {  
    12.         checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);  
    13.     }  
    14.     // 这里是生成class的地方  
    15.     Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);  
    16.     // 使用我们实现的InvocationHandler作为参数调用构造方法来获得代理类的实例  
    17.     try {  
    18.         final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);  
    19.         final InvocationHandler ih = h;  
    20.         if (sm != null && ProxyAccessHelper.needsNewInstanceCheck(cl)) {  
    21.             return AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Object>() {  
    22.                 public Object run() {  
    23.                     return newInstance(cons, ih);  
    24.                 }  
    25.             });  
    26.         } else {  
    27.             return newInstance(cons, ih);  
    28.         }  
    29.     } catch (NoSuchMethodException e) {  
    30.         throw new InternalError(e.toString());  
    31.     }  
    32. }  
    其中newInstance只是调用Constructor.newInstance来构造相应的代理类实例，这里重点是看getProxyClass0这个方法的实现：
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    1. private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,  
    2.                                        Class<?>... interfaces) {  
    3.     // 代理的接口数量不能超过65535（没有这种变态吧）  
    4.     if (interfaces.length > 65535) {  
    5.         throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");  
    6.     }  
    7.     // JDK对代理进行了缓存，如果已经存在相应的代理类，则直接返回，否则才会通过ProxyClassFactory来创建代理  
    8.     return proxyClassCache.get(loader, interfaces);  
    9. }  
    其中代理缓存是使用WeakCache实现的，如下
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    1. private static final WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>  
    2.     proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory());  
    具体的缓存逻辑这里暂不关心，只需要关心ProxyClassFactory是如何生成代理类的，ProxyClassFactory是Proxy的一个静态内部类，实现了WeakCache的内部接口BiFunction的apply方法：
    [java] view plain copy
     
     
    1. private static final class ProxyClassFactory  
    2.     implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>> {  
    3.     // 所有代理类名字的前缀  
    4.     private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";  
    5.   
    6.     // 用于生成代理类名字的计数器  
    7.     private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();  
    8.   
    9.     @Override  
    10.     public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {  
    11.         // 省略验证代理接口的代码……  
    12.   
    13.         String proxyPkg = null;     // 生成的代理类的包名  
    14.         // 对于非公共接口，代理类的包名与接口的相同  
    15.         for (Class<?> intf : interfaces) {  
    16.             int flags = intf.getModifiers();  
    17.             if (!Modifier.isPublic(flags)) {  
    18.                 String name = intf.getName();  
    19.                 int n = name.lastIndexOf('.');  
    20.                 String pkg = ((n == -1) ? "" : name.substring(0, n + 1));  
    21.                 if (proxyPkg == null) {  
    22.                     proxyPkg = pkg;  
    23.                 } else if (!pkg.equals(proxyPkg)) {  
    24.                     throw new IllegalArgumentException(  
    25.                         "non-public interfaces from different packages");  
    26.                 }  
    27.             }  
    28.         }  
    29.   
    30.         // 对于公共接口的包名，默认为com.sun.proxy  
    31.         if (proxyPkg == null) {  
    32.             proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";  
    33.         }  
    34.   
    35.         // 获取计数  
    36.         long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();  
    37.         // 默认情况下，代理类的完全限定名为：com.sun.proxy.$Proxy0，com.sun.proxy.$Proxy1……依次递增  
    38.         String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;  
    39.   
    40.         // 这里才是真正的生成代理类的字节码的地方  
    41.         byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(  
    42.             proxyName, interfaces);  
    43.         try {  
    44.             // 根据二进制字节码返回相应的Class实例  
    45.             return defineClass0(loader, proxyName,  
    46.                                 proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);  
    47.         } catch (ClassFormatError e) {  
    48.             throw new IllegalArgumentException(e.toString());  
    49.         }  
    50.     }  
    51. }  
    ProxyGenerator是sun.misc包中的类，它没有开源，但是可以反编译来一探究竟：
    [java] view plain copy
     
     
    1. public static byte[] generateProxyClass(final String var0, Class[] var1) {  
    2.     ProxyGenerator var2 = new ProxyGenerator(var0, var1);  
    3.     final byte[] var3 = var2.generateClassFile();  
    4.     // 这里根据参数配置，决定是否把生成的字节码（.class文件）保存到本地磁盘，我们可以通过把相应的class文件保存到本地，再反编译来看看具体的实现，这样更直观  
    5.     if(saveGeneratedFiles) {  
    6.         AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {  
    7.             public Void run() {  
    8.                 try {  
    9.                     FileOutputStream var1 = new FileOutputStream(ProxyGenerator.dotToSlash(var0) + ".class");  
    10.                     var1.write(var3);  
    11.                     var1.close();  
    12.                     return null;  
    13.                 } catch (IOException var2) {  
    14.                     throw new InternalError("I/O exception saving generated file: " + var2);  
    15.                 }  
    16.             }  
    17.         });  
    18.     }  
    19.     return var3;  
    20. }  
    saveGeneratedFiles这个属性的值从哪里来呢：
    [java] view plain copy
     
     
    1. private static final boolean saveGeneratedFiles = ((Boolean)AccessController.doPrivileged(new GetBooleanAction("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles"))).booleanValue();  
    GetBooleanAction实际上是调用Boolean.getBoolean(propName)来获得的，而Boolean.getBoolean(propName)调用了System.getProperty(name)，所以我们可以设置sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles这个系统属性为true来把生成的class保存到本地文件来查看。

    这里要注意，当把这个属性设置为true时，生成的class文件及其所在的路径都需要提前创建，否则会抛出FileNotFoundException异常。如：

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    1. Exception in thread "main" java.lang.InternalError: I/O exception saving generated file: java.io.FileNotFoundException: com/sun/proxy/$Proxy0.class (No such file or directory)  
    2. at sun.misc.ProxyGenerator$1.run(ProxyGenerator.java:336)  
    3. at sun.misc.ProxyGenerator$1.run(ProxyGenerator.java:327)  
    4. at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)  
    5. at sun.misc.ProxyGenerator.generateProxyClass(ProxyGenerator.java:326)  
    6. at java.lang.reflect.Proxy$ProxyClassFactory.apply(Proxy.java:672)  
    7. at java.lang.reflect.Proxy$ProxyClassFactory.apply(Proxy.java:592)  
    8. at java.lang.reflect.WeakCache$Factory.get(WeakCache.java:244)  
    9. at java.lang.reflect.WeakCache.get(WeakCache.java:141)  
    10. at java.lang.reflect.Proxy.getProxyClass0(Proxy.java:455)  
    11. at java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance(Proxy.java:738)  
    12. at com.mikan.proxy.ProxyTest.main(ProxyTest.java:15)  
    13. at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)  
    14. at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)  
    15. at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)  
    16. at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)  
    17. at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:140)  
    即我们要在运行当前main方法的路径下创建com/sun/proxy目录，并创建一个$Proxy0.class文件，才能够正常运行并保存class文件内容。

    反编译$Proxy0.class文件，如下所示：

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    1. package com.sun.proxy;  
    2.   
    3. import com.mikan.proxy.HelloWorld;  
    4. import java.lang.reflect.InvocationHandler;  
    5. import java.lang.reflect.Method;  
    6. import java.lang.reflect.Proxy;  
    7. import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;  
    8.   
    9. public final class $Proxy0 extends Proxy implements HelloWorld {  
    10.   private static Method m1;  
    11.   private static Method m3;  
    12.   private static Method m0;  
    13.   private static Method m2;  
    14.   
    15.   public $Proxy0(InvocationHandler paramInvocationHandler) {  
    16.     super(paramInvocationHandler);  
    17.   }  
    18.   
    19.   public final boolean equals(Object paramObject) {  
    20.     try {  
    21.       return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue();  
    22.     }  
    23.     catch (Error|RuntimeException localError) {  
    24.       throw localError;  
    25.     }  
    26.     catch (Throwable localThrowable) {  
    27.       throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);  
    28.     }  
    29.   }  
    30.   
    31.   public final void sayHello(String paramString) {  
    32.     try {  
    33.       this.h.invoke(this, m3, new Object[] { paramString });  
    34.       return;  
    35.     }  
    36.     catch (Error|RuntimeException localError) {  
    37.       throw localError;  
    38.     }  
    39.     catch (Throwable localThrowable) {  
    40.       throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);  
    41.     }  
    42.   }  
    43.   
    44.   public final int hashCode() {  
    45.     try {  
    46.       return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue();  
    47.     }  
    48.     catch (Error|RuntimeException localError) {  
    49.       throw localError;  
    50.     }  
    51.     catch (Throwable localThrowable) {  
    52.       throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);  
    53.     }  
    54.   }  
    55.   
    56.   public final String toString() {  
    57.     try {  
    58.       return (String)this.h.invoke(this, m2, null);  
    59.     }  
    60.     catch (Error|RuntimeException localError) {  
    61.       throw localError;  
    62.     }  
    63.     catch (Throwable localThrowable) {  
    64.       throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);  
    65.     }  
    66.   }  
    67.   
    68.   static {  
    69.     try {  
    70.       m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") });  
    71.       m3 = Class.forName("com.mikan.proxy.HelloWorld").getMethod("sayHello", new Class[] { Class.forName("java.lang.String") });  
    72.       m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);  
    73.       m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);  
    74.       return;  
    75.     }  
    76.     catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException) {  
    77.       throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());  
    78.     }  
    79.     catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException) {  
    80.       throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());  
    81.     }  
    82.   }  
    83. }  
    可以看到，动态生成的代理类有如下特性：

     

    1. 继承了Proxy类，实现了代理的接口，由于java不能多继承，这里已经继承了Proxy类了，不能再继承其他的类，所以JDK的动态代理不支持对实现类的代理，只支持接口的代理。
    2. 提供了一个使用InvocationHandler作为参数的构造方法。
    3. 生成静态代码块来初始化接口中方法的Method对象，以及Object类的equals、hashCode、toString方法。
    4. 重写了Object类的equals、hashCode、toString，它们都只是简单的调用了InvocationHandler的invoke方法，即可以对其进行特殊的操作，也就是说JDK的动态代理还可以代理上述三个方法。
    5. 代理类实现代理接口的sayHello方法中，只是简单的调用了InvocationHandler的invoke方法，我们可以在invoke方法中进行一些特殊操作，甚至不调用实现的方法，直接返回。

    至此JDK动态代理的实现原理就分析的差不多了。同时我们可以想像一下Spring AOP提供的各种拦截该如何实现，就已经很明了了，如下所示：

     

    [java] view plain copy
     
     
    1. public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {  
    2.     // BeforeAdvice  
    3.     Object retVal = null;  
    4.     try {  
    5.         // AroundAdvice  
    6.         retVal = method.invoke(target, args);  
    7.         // AroundAdvice  
    8.         // AfterReturningAdvice  
    9.     }  
    10.     catch (Throwable e) {  
    11.         // AfterThrowingAdvice  
    12.     }  
    13.     finally {  
    14.         // AfterAdvice  
    15.     }  
    16.     return retVal;  
    17. }  
    上面是对于Spring AOP使用JDK动态代理实现的基本框架代码，当然具体的实现肯定比这个复杂得多，但是基本原理不外乎如是。所以理解基本原理对于理解其他的代码也是很有好处的。
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