時隔多年，這次我終於把動態代理的源碼翻了個地兒朝天
本文內容整理自 博學谷狂野架構師
動態代理簡介
Proxy模式是常用的設計模式，其特徵是代理類與委託類有同樣的接口，代理類主要負責為委託類預處理消息、過濾消息、把消息轉發給委託類，以及事後處理消息等。
用户可以更加結構圖，自己編碼完成Proxy模式。這種實現稱為靜態代理。
Java提供了java.lang.reflect.Proxy類與InvocationHandler接口，配合反射，可以實現動態代理。靜態代理的代理類與代理操作，都是事先編碼，運行過程種無法修改代理結構。動態代理的代理與代理操作，都是在運行過程中，動態生成，可以在運行過程中，修改代理結構，符合面向對象的開閉原則。
最最最主要的原因就是，在不改變目標對象方法的情況下對方法進行增強，比如，我們希望對方法的調用增加日誌記錄，或者對方法的調用進行攔截，等等...
動態代理用於將在不需要修改原代碼的情況下進行代碼的增加，spring中的AOP，事務，都是使用動態代理來實現的，我們天天都在使用動態代理只是自己不知道而已。
動態代理三大要素
-
需要定義一個接口，java動態代理類只能代理接口**（不支持抽象類），如果沒有接口就要使用cjlib**
-
需要一個實現類繼承這個接口
-
編寫一個增強類實現 InvocationHandler接口，代理類都需要實現InvocationHandler接口的invoke方法
一個例子
先定義一個接口
定義一個海外代購的接口
/**
* 海外代購
*/
public interface Buying {
public String buy();
}
編寫一個實現類
實現類實現接口
public class BuyingImpl implements Buying {
@Override
public String buy() {
System.out.println("開始邏輯處理");
return "買了個錘子";
}
}
編寫一個增將類
編寫一個增強類，主要要包裹一個需要需要增強的對象也就是我們的BuyingImpl，並實現InvocationHandler接口，在invoke方法中寫增強實現
/**
* 海外代購增強類
* 注意實現 InvocationHandler
* 動態代理類只能代理接口（不支持抽象類），代理類都需要實現InvocationHandler類，實現invoke方法。
* 該invoke方法就是調用被代理接口的所有方法時需要調用的 。
*/
public class BuingHandler implements InvocationHandler {
/**
* 包裹一個需要增強的目標對象
*/
private Object targetObject;
public BuingHandler(Object targetObject){
this.targetObject = targetObject;
}
/**
* 獲取代理類
*
* @return
*/
public Object getProxy() {
/**
* 該方法用於為指定類裝載器、一組接口及調用處理器生成動態代理類實例
* 第一個參數指定產生代理對象的類加載器，需要將其指定為和目標對象同一個類加載器
* 第二個參數要實現和目標對象一樣的接口，所以只需要拿到目標對象的實現接口
* 第三個參數表明這些被攔截的方法在被攔截時需要執行哪個InvocationHandler的invoke方法
* 根據傳入的目標返回一個代理對象
*/
return Proxy.newProxyInstance(targetObject.getClass().getClassLoader(),
targetObject.getClass().getInterfaces(), this);
}
/**
* 關聯的這個實現類的方法被調用時將被執行
* InvocationHandler接口的方法
*
* @param proxy 表示代理對象
* @param method 示原對象被調用的方法
* @param args 表示方法的參數
* @return 返回的是對象的一個接口
* @throws Throwable
*/
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("前置增強");
//反射調用原始的需要增強的方法
Object value = method.invoke(targetObject, args);
System.out.println("後置增強");
return value;
}
}
這裏面要注意 method 是我們需要增強的方法，args 是我們需要增強的參數數組
編寫Main方法
public static void main(String[] args) {
//創建BuingHandler 類
BuingHandler buingHandler = new BuingHandler(new BuyingImpl());
//獲取代理對象
Buying buying = (Buying) buingHandler.getProxy();
//調用具體接口
String value = buying.buy();
System.out.println(value);
}
輸出
前置增強
開始邏輯處理
後置增強
買了個錘子
我們就這樣實現了動態代理，我們沒有修改原有代碼的情況下做了增強
我們實現了 其那隻以及後置增強
我們運行下看下接口對象
我們看到實際對象是$Proxy0，我們發現動態代理給我們換了一個對象，我們要研究下他是怎麼實現的
源碼實現
讀源碼首先找到入口，沒有不得入口就像無頭的蒼蠅，蒼蠅還不叮無縫的蛋呢
下面內容有點多，也有點繞，請跟着思路來一點點解析
1、首先找到入口
我們創建代理對象調用的是
Proxy.newProxyInstance(targetObject.getClass().getClassLoader(),
targetObject.getClass().getInterfaces(), this);
所以我們先從Proxy.newProxyInstance開始入手
2、newProxyInstance方法
進入newProxyInstance方法內部
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
Class<?>[] interfaces,
InvocationHandler h)
throws IllegalArgumentException {
//增強實現不能為空，為空就拋出異常
Objects.requireNonNull(h);
//對接口數組進行clone
final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
//進項權限檢查
final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
}
/*
* Look up or generate the designated proxy class.
* ********核心代碼入口***********
* 查找或者是生成一個特定的代理類對象
*/
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
/*
* Invoke its constructor with the designated invocation handler.
* 使用指定的調用處理程序調用其構造函數
*/
try {
if (sm != null) {
checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
}
// 從代理類對象中查找參數為InvocationHandler的構造器
final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
final InvocationHandler ih = h;
// 檢測構造器是否是Public修飾，如果不是則強行轉換為可以訪問的。
if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
cons.setAccessible(true);
return null;
}
});
}
//通過反射，將h作為參數，實例化代理類，返回代理類實例。
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);
}
}
上面代碼的核心方法是
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
找到了核心方法繼續深入
3、getProxyClass0方法入口
生成一個代理對象的方法
/**
* 生成一個代理對象
* Generate a proxy class. Must call the checkProxyAccess method
* to perform permission checks before calling this.
*/
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
Class<?>... interfaces) {
//接口數量不能大於65535 否則報錯 具體為什麼 不太清楚
if (interfaces.length > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
}
//根據類加載器生成代理字節碼文件
// If the proxy class defined by the given loader implementing
//如果接口存在緩存中們就從緩存中獲取
// the given interfaces exists, this will simply return the cached copy;
//否則，它將通過proxyClassFactory創建代理類
// otherwise, it will create the proxy class via the ProxyClassFactory
return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}
這一段代碼是從緩存中獲取代理對象，核心的代碼還在裏面 proxyClassCache.get(loader, interfaces);
因為 proxyClassCache 是一個WeakCache 的類，所以我們先來學習下WeakCache
4、WeakCache類
WeakCache 方法聲明
在這個方法中，是直接從一個叫proxyClassCache緩存中讀取的，來看一下這個緩存的聲明：
/**
* a cache of proxy classes
* 緩存代理的class字節碼文件，如果沒有則使用ProxyClassFactory創建
*/
private static final WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory());
裏涉及到三個類：WeakCache,KeyFactory,ProxyClassFactory，其中後面兩個類都是Proxy類的靜態內部類，從類名可以大概猜測到，keyFactory是用來生產key的，ProxyClassFactory是用來生產代理類對象的，這個稍後會提到。
WeakCache類的大概結構
final class WeakCache<K, P, V> {
private final ReferenceQueue<K> refQueue
= new ReferenceQueue<>();
// the key type is Object for supporting null key
// key的類型為Object，支持null key,這裏的null key並不是真的可以使用null最為key,而是一個new Objdec()對象實例。ConcurrentHashMap,不允許鍵或值null，而HashMap可以。ConcurrentHashMap是線程安全的，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;
// 構造方法
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 我們接下來介紹這個類
public V get(K key, P parameter) {
}
...
上面的源代碼中寫明，代理對象的核心方法是get , 我們結合上下文 發現 key是loader 類加載器，parameter是接口數組interfaces
5、proxyClassCache.get
這個對象是從緩存中獲取字節碼對象，key是接口，value是對象的字節碼文件，如果給定的接口存在則返回字節碼文件，如果不存在則調用proxyClassFactory創建代理類進行創建
/**
* return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
* <p>
* 獲取代理對象的核心方法
*
* @param key 類加載器 loader
* @param parameter 接口的數組 interfaces
* @return
*/
public V get(K key, P parameter) {
//接口數組不能為空，否則拋出異常
Objects.requireNonNull(parameter);
// 刪除過時的條目
expungeStaleEntries();
// 生成緩存key對象實例，如果key = null，cacheKey = new Object();
Object cacheKey = WeakCache.CacheKey.valueOf(key, refQueue);
// lazily install the 2nd level valuesMap for the particular cacheKey
// 從緩存map中讀取指定cacheKey的緩存數據valuesMap
ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap = map.get(cacheKey);
if (valuesMap == null) {
//如果valuesMap為null,則新增
// putIfAbsent方法解釋：如果值存在則返回值，並且不對原來的值做任何更改，如果不存在則新增，並返回null
//map.putIfAbsent 是map中新增的一個方法 存在則返回，不存在put然後在返回
ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> oldValuesMap = map.putIfAbsent(cacheKey, valuesMap = new ConcurrentHashMap<>());
//賦值
if (oldValuesMap != null) {
valuesMap = oldValuesMap;
}
}
// create subKey and retrieve the possible Supplier<V> stored by that
// subKey from valuesMap
//獲取subKey，這裏用到了上面提到的Proxy的靜態內部類 KeyFactory:subKeyFactory.apply(ket,parameter)
Object subKey = Objects.requireNonNull(subKeyFactory.apply(key, parameter));
// 從valuesMap中獲取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、從工廠中獲取代理類對象
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、實例化工廠
if (factory == null) {
factory = new WeakCache.Factory(key, parameter, subKey, valuesMap);
}
if (supplier == null) {
//2、將supplier保存到valuesMap中
supplier = valuesMap.putIfAbsent(subKey, factory);
if (supplier == null) {
// successfully installed Factory
// 3、賦值
supplier = factory;
}
// else retry with winning supplier
} else {
//如果subKey和supplier都匹配則則將supplier替換為新生成的factory
if (valuesMap.replace(subKey, supplier, factory)) {
// successfully replaced
// cleared CacheEntry / unsuccessful Factory
// with our Factory
//替換成功賦值
supplier = factory;
} else {
// retry with current supplier
//使用當前的supplier進行重試
supplier = valuesMap.get(subKey);
}
}
}
}
因為程序中Proxy.newProxyInstance是第一次執行，所以while循環開始的時候，supplier，valuesMap都是null。在這個前提下，我為代碼的執行順序做了一個編號，從1-5執行。
可以看到第5步，也就是源代碼的第47行將結果返回，那麼，代理類對象就是在第4步，也就是第43行生成的。而且也可以從第3步，也就是第65行發現supplier就是factory。
那麼接下來，就分析一下Factory.get方法。
6、Factory.get方法
Factory類是WeakCache的內部類。這個類中除去構造方法外，就是get方法了，下面是這個代碼的實現：
/**
* Factory 實現類Supplier 接口
*/
private final class Factory implements Supplier<V> {
//類加載器 loader
private final K key;
接口的數組 interfaces
private final P parameter;
//這裏的subkey 就是上面的 KeyFactory 可以會看 WeakCache 方法聲明
private final Object subKey;
//提供者的MAP key是KeyFactory ，value 是 Factory 本身
private final ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap;
//構造方法
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
//檢查 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
//定義一個新的對象
V value = null;
try {
/**
* valueFactory就是WeakCache的valueFactory屬性，因為Factory是WeakCache的內部類，所以可以直接訪問WeakCache的valueFactory屬性
* 我們可以回去看看第四第五 proxyClassCache.get 以及 WeakCache 的簡單結構 注意valueFactory 發現就是 ProxyClassFactory
* 就在這一步生成了 代理對象
*/
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
//校驗對象不為空
assert value != null;
// wrap value with CacheValue (WeakReference)
WeakCache.CacheValue<V> cacheValue = new WeakCache.CacheValue<>(value);
// put into reverseMap
//緩存代理對象
reverseMap.put(cacheValue, Boolean.TRUE);
// try replacing us with CacheValue (this should always succeed)
//並將valuesMap替換為最新生成的對象
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
//返回對象
return value;
}
}
我們核心注意的是
value = Objects.requireNonNull(valueFactory.apply(key, parameter));
這裏的valueFactory就是Proxy的靜態內部類ProxyClassFactory，上面也提到過，那麼就接着分析ProxyClassFactory的apply方法吧。
7、ProxyClassFactory.apply方法
/**
* 一個利用給定的類加載器和接口類數組生成，定義並返回代理類對象的工廠方法
* 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
//所有代理類對象的前綴 這個就回答了為什麼代理類都帶有$Proxy
private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";
// next number to use for generation of unique proxy class names
//用於生成唯一代理類名稱的下一個數字
private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();
/**
* 開始我們的核心方法apply
* @param loader 類加載器
* @param interfaces 接口數組
* @return
*/
@Override
public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {
Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
//接口校驗循環
for (Class<?> intf : interfaces) {
/*
* Verify that the class loader resolves the name of this
* interface to the same Class object.
*/
Class<?> interfaceClass = null;
try {
//加載接口類，獲得接口類的類對象，第二個參數為false表示不進行實例化
interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader);
} catch (ClassNotFoundException e) {
}
//進行校驗
if (interfaceClass != intf) {
throw new IllegalArgumentException(
intf + " is not visible from class loader");
}
/*
* Verify that the Class object actually represents an
* interface.
* 驗證是否是接口 不是接口報錯
*/
if (!interfaceClass.isInterface()) {
throw new IllegalArgumentException(
interfaceClass.getName() + " is not an interface");
}
/*
* Verify that this interface is not a duplicate.
* 驗證此接口不是重複的，重複的就報錯
*/
if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
throw new IllegalArgumentException(
"repeated interface: " + interfaceClass.getName());
}
}
//代理類的包名
String proxyPkg = null; // package to define proxy class in
//訪問權限
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就跳過 我們的接口基本上不會走這裏
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
//如果沒有public的接口 就是用 com.sun.proxy 的包前綴
//類似於com.sun.proxy.$Proxy0
proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
}
/*
* Choose a name for the proxy class to generate.
* 生成代理類的類名
*/
//生成代理類的序號
long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
//生成代理類的完全限定名
String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
/*
* Generate the specified proxy class.
* 生成代理類class文件
* 這個是生成的核心方法
*/
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
proxyName, interfaces, accessFlags);
try {
//返回代理類對象
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());
}
}
}
在代碼的第111行，生成了代理類的class文件，並且在115行返回了我們需要的代理類對象。那麼怎麼找到這個生成的代理類class文件呢？
到這裏 我們就跟完了動態代理的核心流程，我們解釋了為什麼 代理類都帶有$Proxy，以及後面的序號是怎麼來的。
生成代碼的核心代碼是
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
proxyName, interfaces, accessFlags);
ProxyGenerator是根據代理名稱接口生成代理類的核心代碼，我們就不跟進去了，以後有時間再進去，裏面都是字節碼操作的知識了，也是在sun.misc包下，一般是不開源的，如果需要可以去下載sun包的源碼，1.8之後就不開源了。
查看生成的代理類
我們上面最終跟到了ProxyGenerator類，ProxyGenerator是生成字節碼文件的核心代碼，我們想看下生成的字節碼怎麼辦呢，我們自己去生成並且輸出出來。
看代碼
//生成代理字節碼數組文件 傳入一個接口數組
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass("com.sun.proxy", new Class[]{Buying.class}, 1);
//將字節數組轉換成class文件並輸出到本地
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("d:/com.sun.proxy.class"));
fos.write(proxyClassFile);
fos.flush();
fos.close();
我們反編譯以下 com.sun.proxy.class
//繼承了Proxy類，實現了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;
//構造方法，直接調用了父類，也就是Proxy的構造方法，參數paramInvocationHandler就是我們的BuingHandler實例化對象handler
public proxy(InvocationHandler paramInvocationHandler) {
super(paramInvocationHandler);
}
/**
* 實現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);
}
}
/**
* 實現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);
}
}
//實現了Buying 接口的 buy
public final String buy() {
try {
/**
* 這裏的h就是我們的BuingHandler 實例
* 調用 父類 Proxy 裏面我們傳入的 BuingHandler 對象
*/
return (String)super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);
} catch (RuntimeException | Error var2) {
throw var2;
} catch (Throwable var3) {
throw new UndeclaredThrowableException(var3);
}
}
/**
* 實現了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);
}
}
//靜態代碼塊，做初始化操作
static {
try {
//通過反射，獲取Object對象方法對象的equals 方法
m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
//通過反射，獲取Object對象方法對象的toString 方法
m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString");
//通過反射，獲取Buying對象方法對象的buy 方法
m3 = Class.forName("com.test.proxy.Buying").getMethod("buy");
//通過反射，獲取Object對象方法對象的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());
}
}
}
代理類實例化的代碼是：cons.newInstance(new Object[]{h})。這裏是通過反射調用代理類對象的構造方法，傳入了參數h（我們的BuingHandler實例化對象handler）。
這個構造方法，就是上述反編譯代碼裏的構造方法，而上述反編譯代碼裏的構造方法調用了Proxy類的構造方法，來看一下Proxy類的構造方法：
protected InvocationHandler h;
protected Proxy(InvocationHandler h) {
Objects.requireNonNull(h);
this.h = h;
}
這裏將我們傳入的handler直接賦值給了InvocationHandler h。上述反編譯代碼中的super.h 就是我們傳入的handler。
所以proxy.buy();方法在執行的時候會去調用BuingHandler類的invoke方法。
好了到這裏我們的源碼解析已經完了。
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