原来这才是动态代理
各位小伙伴们大家吼啊!我是 cxuan,距离上次更新已经有段时间了,临近过年了,项目这边也比较忙,而且最近很多时间都花在看书、提升自己上面,文章写的比较拖沓,这里我要自我反思(其实我已经筹备了几篇文章,就等结尾了,嘿嘿嘿)。
我们上篇文章聊了一波什么是动态代理,然后我又从动态代理的四种实现为切入点,为你讲解 JDK 动态代理、CGLIB 动态代理、Javaassist、ASM 反向生成字节码的区别。
那么这篇文章我们来聊一下动态代理的 实现原理 。
为了保险起见,我们首先花几分钟回顾一下 什么是动态代理吧 !什么是动态代理
首先,动态代理是 代理模式 的一种实现方式,代理模式除了动态代理还有 静态代理 ,只不过静态代理能够在编译时期确定类的执行对象,而动态代理只有在运行时才能够确定执行对象是谁。代理可以看作是对最终调用目标的一个封装,我们能够通过操作代理对象来调用目标类,这样就可以实现调用者和目标对象的解耦合 。
动态代理的应用场景有很多,最常见的就是 AOP 的实现、RPC 远程调用、Java 注解对象获取、日志框架、全局性异常处理、事务处理等 。
动态代理的实现有很多,但是 JDK 动态代理是很重要的一种,下面我们就 JDK 动态代理来深入理解一波。 JDK 动态代理
首先我们先来看一下动态代理的执行过程
在 JDK 动态代理中,实现了 InvocationHandler 的类可以看作是 代理类 (因为类也是一种对象,所以我们上面为了描述关系,把代理类形容成了代理对象)。JDK 动态代理就是围绕实现了 InvocationHandler 的代理类进行的,比如下面就是一个 InvocationHandler 的实现类,同时它也是一个代理类。public class UserHandler implements InvocationHandler { private UserDao userDao; public UserHandler(UserDao userDao){ this.userDao = userDao; } @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { saveUserStart(); Object obj = method.invoke(userDao, args); saveUserDone(); return obj; } public void saveUserStart(){ System.out.println("---- 开始插入 ----"); } public void saveUserDone(){ System.out.println("---- 插入完成 ----"); } }
代理类一个最最最重要的方法就是 invoke 方法,它有三个参数Object proxy : 动态代理对象,关于这个方法我们后面会说。Method method : 表示最终要执行的方法,method.invoke 用于执行被代理的方法,也就是真正的目标方法Object[] args : 这个参数就是向目标方法传递的参数。
我们构造好了代理类,现在就要使用它来实现我们对目标对象的调用,那么如何操作呢?请看下面代码 public static void dynamicProxy(){ UserDao userDao = new UserDaoImpl(); InvocationHandler handler = new UserHandler(userDao); ClassLoader loader = userDao.getClass().getClassLoader(); Class<?>[] interfaces = userDao.getClass().getInterfaces(); UserDao proxy = (UserDao)Proxy.newProxyInstance(loader, interfaces, handler); proxy.saveUser(); }
如果要用 JDK 动态代理的话,就需要知道 目标对象 的类加载器、目标对象的接口,当然还要知道目标对象是谁 。构造完成后,我们就可以调用 Proxy.newProxyInstance 方法,然后把类加载器、目标对象的接口、目标对象绑定上去就完事儿了。
这里需要注意一下 Proxy 类,它就是动态代理实现所用到的代理类。
Proxy 位于 java.lang.reflect 包下,这同时也旁敲侧击的表明动态代理的本质就是反射 。
下面我们就围绕 JDK 动态代理,来深入理解一下它的原理,以及搞懂为什么动态代理的本质就是反射。 动态代理的实现原理
在了解动态代理的实现原理之前,我们先来了解一下 InvocationHandler 接口 InvocationHandler 接口
JavaDoc 告诉我们,InvocationHandler 是一个接口,实现这个接口的类就表示该类是一个代理实现类,也就是代理类。
InvocationHandler 接口中只有一个 invoke 方法。
动态代理的优势在于能够很方便地对理类中的方法进行集中处理,而不用修改每个被代理的方法。因为所有被代理的方法(真正执行的方法)都是通过在 InvocationHandler 中的 invoke 方法调用的。所以我们只需要对 invoke 方法进行集中处理。
invoke 方法只有三个参数 public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable; proxy:代理对象 method: 代理对象调用的方法 args:调用方法中的参数。
动态代理的整个代理过程不像静态代理那样一目了然,清晰易懂,因为在动态代理的过程中,我们没有看到代理类的真正代理过程,也不明白其具体操作,所以要分析动态代理的实现原理,我们必须借助 源码 。
那么问题来了,首先第一步应该从哪分析?如果不知道如何分析的话,干脆就使用 倒推法 ,从后往前找,我们直接先从 Proxy.newProxyInstance入手,看看是否能略知一二。Proxy.newInstance 方法分析
Proxy 提供了创建动态代理类和实例的静态方法,它也是由这些方法创建的所有动态代理类的超类 。
Proxy.newProxyInstance 源码(java.lang.reflect.Proxy) public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h) throws IllegalArgumentException { Objects.requireNonNull(h); final Class<?>[] intfs = interfaces.clone(); final SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); if (sm != null) { checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs); } Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs); try { if (sm != null) { checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl); } final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams); final InvocationHandler ih = h; if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) { AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() { public Void run() { cons.setAccessible(true); return null; } }); } return cons.newInstance(new Object[]{h}); } catch (Exception e) { ... }
乍一看起来有点麻烦,其实源码都是这样,看起来非常复杂,但是慢慢分析、厘清条理过后就好,最重要的是分析源码不能着急。
上面这个 Proxy.newProxyInstsance 其实就做了下面几件事,我画了一个流程图作为参考。
从上图中我们也可以看出,newProxyInstsance 方法最重要的几个环节就是获得代理类、获得构造器,然后构造新实例。
对反射有一些了解的同学,应该会知道获得构造器和构造新实例是怎么回事。关于反射,可以参考笔者的这篇文章
学会反射后,我被录取了!
所以我们的重点就放在了 获得代理类 ,这是最关键的一步,对应源码中的 Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs); 我们进入这个方法一探究竟private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader, Class<?>... interfaces) { if (interfaces.length > 65535) { throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded"); } return proxyClassCache.get(loader, interfaces); }
这个方法比较简单,首先会直接判断接口长度是否大于 65535(刚开始看到这里我是有点不明白的,我心想这个判断是要判断什么?interfaces 这不是一个 class 类型吗,从 length 点进去也看不到这个属性,细看一下才明白,这居然是 可变参数 , Class ... 中的 ... 就是可变参数,所以这个判断我猜测应该是判断接口数量是否大于 65535。)
然后会直接从 proxyClassCache 中根据 loader 和 interfaces 获取代理对象实例。 如果能够根据 loader 和 interfaces 找到代理对象,将会返回缓存中的对象副本;否则,它将通过 ProxyClassFactory 创建代理类 。
proxyClassCache.get 就是一系列从缓存中的查询操作,注意这里的 proxyClassCache 其实是一个 WeakCache ,WeakCahe 也是位于 java.lang.reflect 包下的一个缓存映射 map,它的主要特点是一个弱引用的 map,但是它内部有一个 SubKey ,这个子键却是强引用的。
这里我们不用去追究这个 proxyClassCache 是如何进行缓存的,只需要知道它的缓存时机就可以了:即在类加载的时候进行缓存。
如果无法找到代理对象,就会通过 ProxyClassFactory 创建代理,ProxyClassFactory 继承于 BiFunction private static final class ProxyClassFactory implements BiFunction[], Class<?>> {...}
ProxyClassFactory 里面有两个属性一个方法。
proxyClassNamePrefix:这个属性表明使用 ProxyClassFactory 创建出来的代理实例的命名是以 "$Proxy" 为前缀的。 nextUniqueNumber:这个属性表明 ProxyClassFactory 的后缀是使用 AtomicLong 生成的数字
所以代理实例的命名一般是 、Proxy1 这种。
这个 apply 方法是一个 根据接口和类加载器进行代理实例创建的工厂方法 ,下面是这段代码的核心。@Override public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) { ... long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement(); String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num; byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass( proxyName, interfaces, accessFlags); try { return defineClass0(loader, proxyName, proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length); } catch (ClassFormatError e) { throw new IllegalArgumentException(e.toString()); } }
可以看到,代理实例的命名就是我们上面所描述的那种命名方式,只不过它这里加上了 proxyPkg 包名的路径。然后下面就是生成代理实例的关键代码。
ProxyGenerator.generateProxyClass 我们跟进去是只能看到 .class 文件的,class 文件是虚拟机编译之后的结果,所以我们要看一下 .java 文件源码。.java 源码位于 OpenJDK 中的 sun.misc 包中的 ProxyGenerator 下。
此类的 generateProxyClass() 静态方法的核心内容就是去调用 generateClassFile() 实例方法来生成 Class 文件。方法太长了我们不贴了,这里就大致解释以下其作用: 第一步:收集所有要生成的代理方法,将其包装成 ProxyMethod 对象并注册到 Map 集合中。 第二步:收集所有要为 Class 文件生成的字段信息和方法信息。 第三步:完成了上面的工作后,开始组装 Class 文件。
而 defineClass0 这个方法我们点进去是 native ,底层是 C/C++ 实现的,于是我又去看了一下 C/C++ 源码,路径在
点开之后的 C/C++ 源码还是挺让人绝望的。
不过我们再回头看一下这个 defineClass0 方法,它实际上就是根据上面生成的 proxyClassFile 字节数组来生成对应的实例罢了,所以我们不必再深究 C/C++ 对于代理对象的合成过程了。
所以总结一下可以看出,JDK 为我们的生成了一个叫 $Proxy0 的代理类,这个类文件放在内存中的,我们在创建代理对象时,就是通过反射获得这个类的构造方法,然后创建的代理实例。
所以最开始的 dynamicProxy 方法我们反编译后的代码就是这样的 public final class $Proxy0 extends java.lang.reflect.Proxy implements com.cxuan.dynamic.UserDao { public $Proxy0(java.lang.reflect.InvocationHandler) throws ; Code: 0: aload_0 1: aload_1 2: invokespecial #8 // Method java/lang/reflect/Proxy."":(Ljava/lang/reflect/InvocationHandler;)V 5: return
我们看到代理类继承了 Proxy 类,所以也就决定了 Java 动态代理只能对接口进行代理。
于是,上面这个图你应该就可以看懂了。 invoke 方法中第一个参数 proxy 的作用
细心的小伙伴们可能都发现了,invoke 方法中第一个 proxy 的作用是啥?代码里面好像 proxy 也没用到啊,这个参数的意义是啥呢?它运行时的类型是啥啊?为什么不使用 this 代替呢?
Stackoverflow 给出了我们一个回答 https://stackoverflow.com/questions/22930195/understanding-proxy-arguments-of-the-invoke-method-of-java-lang-reflect-invoca
什么意思呢?
就是说这个 proxy ,它是真正的代理对象,invoke 方法可以返回调用代理对象方法的返回结果,也可以返回对象的真实代理对象,也就是 $Proxy0,这也是它运行时的类型。
至于为什么不用 this 来代替 proxy,因为实现了 InvocationHandler 的对象中的 this ,指代的还是 InvocationHandler 接口实现类本身,而不是真实的代理对象。
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