java基礎：深刻理解JDK動態代理
其餘更多java基礎文章： java基礎學習(目錄)java
通過上一節咱們講了Class對象和反射機制，這節就來說一下反射機制在java中的主要應用——動態代理。在講動態代理以前，會先講一下代理模式和靜態代理。程序員
1、代理模式
代理模式是經常使用的java設計模式，他的特徵是代理類與委託類有一樣的接口，代理類主要負責爲委託類預處理消息、過濾消息、把消息轉發給委託類，以及過後處理消息等。代理類與委託類之間一般會存在關聯關係，一個代理類的對象與一個委託類的對象關聯，代理類的對象自己並不真正實現服務，而是經過調用委託類的對象的相關方法，來提供特定的服務。簡單的說就是，咱們在訪問實際對象時，是經過代理對象來訪問的，代理模式就是在訪問實際對象時引入必定程度的間接性，由於這種間接性，能夠附加多種用途，好比說Spring的AOP。代理模式結構圖（圖片來自《大話設計模式》）：編程
2、靜態代理
一、靜態代理
靜態代理：由程序員建立或特定工具自動生成源代碼，也就是在編譯時就已經將接口，被代理類，代理類等肯定下來。在程序運行以前，代理類的.class文件就已經生成。設計模式
二、靜態代理簡單實現
根據上面代理模式的類圖，來寫一個簡單的靜態代理的例子。 首先定義一個商品接口數組
public interface ProductService {
void addProduct(String productName);
}
複製代碼
而後定義一個商品的實現緩存
public class ProductServiceImpl implements ProductService{
public void addProduct(String productName) {
System.out.println("正在添加"+productName);
}
}
複製代碼
此時咱們定義一個商品銷售員工，員工在添加商品的時候，會先檢查產品是否合格，而後添加完後會報告一聲。安全
public class ProductEmployee implements ProductService{
ProductServiceImpl productService;
public ProductEmployee(ProductServiceImpl productService) {
this.productService = productService;
}
@Override
public void addProduct(String productName) {
System.out.println("檢查產品"+productName);
productService.addProduct(productName);
System.out.println("添加完成");
}
public static void main(String[] args) {
ProductServiceImpl impl = new ProductServiceImpl();
ProductEmployee productEmployee = new ProductEmployee (impl);
productEmployee .addProduct("book");
}
}
/*output
檢查產品book
正在添加book
添加完成
複製代碼
代理模式最主要的就是有一個公共接口（ProductService ），一個具體的類（ProductServiceImpl ），一個代理類（ProductEmployee ）,代理類持有具體類的實例，代爲執行具體類實例方法。上面說到，代理模式就是在訪問實際對象時引入必定程度的間接性，由於這種間接性，能夠附加多種用途。最直白的就是在Spring中的面向切面編程（AOP），咱們能在一個切點以前執行一些操做，在一個切點以後執行一些操做，這個切點就是一個個方法。這些方法所在類確定就是被代理了，在代理過程當中切入了一些其餘操做。bash
3、動態代理
靜態代理有很多缺點，每須要一個代理類就要新增一個類，當代理類愈來愈多時，就會顯得很是的龐大和臃腫。並且當須要修改代理類中的方法時，就須要每一個代理類都修改方法代碼，代理類越多，越繁瑣。此時，就須要使用咱們的動態代理。代理類在程序運行時建立的代理方式被成爲動態代理。
咱們上面靜態代理的例子中，代理類(ProductEmployee)是本身定義好的，在程序運行以前就已經編譯完成。然而動態代理，代理類並非在Java代碼中定義的，而是在運行時根據咱們在Java代碼中的「指示」動態生成的。相比於靜態代理， 動態代理的優點在於能夠很方便的對代理類的函數進行統一的處理，而不用修改每一個代理類中的方法。app
動態代理的簡單實現
咱們須要定義一個InvocationHandler的實現類ide
public class ProductInvocationHandler implements InvocationHandler {
// 目標對象
private Object target;
/**
* 構造方法
* @param target 目標對象
*/
public ProductInvocationHandler(Object target) {
this.target = target;
}
/**
* 執行目標對象的方法
*/
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
// 在目標對象的方法執行以前簡單的打印一下
System.out.println("檢查產品");
// 執行目標對象的方法
Object result = method.invoke(target, args);
// 在目標對象的方法執行以後簡單的打印一下
System.out.println("添加完成");
return result;
}
/**
* 獲取目標對象的代理對象
* @return 代理對象
*/
public Object getProxy() {
return Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(),
target.getClass().getInterfaces(), this);
}
}
複製代碼
而後調用這個類生成代理對象，運行方法
public static void main(String[] args) {
ProductService impl = new ProductServiceImpl();
ProductInvocationHandler productInvocationHandler = new ProductInvocationHandler(impl);
ProductService proxy = (ProductService) productInvocationHandler.getProxy();
proxy.addProduct("book");
}
/* output
檢查產品
正在添加book
添加完成
複製代碼
動態代理的原理分析
經過上面例子，咱們能夠看到動態代理機制中有兩個重要的類和接口InvocationHandler（接口）和Proxy（類），這兩個類Proxy和接口InvocationHandler是咱們實現動態代理的核心；
InvocationHandler
InvocationHandler接口是proxy代理實例的調用處理程序實現的一個接口，每個代理的實例都會有一個關聯的調用處理程序(InvocationHandler)。對待代理實例進行調用時，將對方法的調用進行編碼並指派到它的調用處理器(InvocationHandler)的invoke方法。因此對代理對象實例方法的調用都是經過InvocationHandler中的invoke方法來完成的，而invoke方法會根據傳入的代理對象、方法名稱以及參數決定調用代理的哪一個方法。
可能如今看起來會以爲有點繞，有點難懂，在學習完下面Proxy代理類的生成以後，再回來看會更好理解。
Proxy
Proxy類是用來建立一個代理對象的類。經過上面的簡單例子，咱們能夠看到建立獲取代理對象是經過Proxy的newProxyInstance方法獲得的。那咱們就以此爲入口，深刻了解一下Proxy類。
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
Class<?>[] interfaces,
InvocationHandler h)
throws IllegalArgumentException
{
//若是h爲空將拋出異常
Objects.requireNonNull(h);
final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();//拷貝被代理類實現的一些接口，用於後面權限方面的一些檢查
final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
//在這裏對某些安全權限進行檢查，確保咱們有權限對預期的被代理類進行代理
checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
}
/*
* 查找或生成指定的代理類
*/
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
/*
* 使用指定的調用處理程序（invocation handler）獲取代理類的構造函數對象
*/
try {
if (sm != null) {
checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
}
//獲取代理類的構造函數
final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
final InvocationHandler ih = h;
//假如代理類的構造函數是private的，就使用反射來set accessible
if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
cons.setAccessible(true);
return null;
}
});
}
//根據代理類的構造函數來生成代理類的對象並返回
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);
}
}
複製代碼
文中的註釋已經很清楚的標明瞭這個方法的執行邏輯，其中有三行代碼是這個方法的重點。
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);生成代理類的Classfinal Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);獲取代理類的構造函數return cons.newInstance(new Object[]{h});經過構造函數建立代理類實例
其中的重中之重就是getProxy0這個方法了，由於後面兩個就是反射的經常使用方法。
getProxyClass0(loader, intfs)
咱們跟進去看一下這個方法的代碼：
/**
* 生成一個代理類，可是在調用本方法以前必須進行權限檢查
*/
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
Class<?>... interfaces) {
//若是接口數量大於65535，拋出非法參數錯誤
if (interfaces.length > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
}
// 若是在緩存中有對應的代理類，那麼直接返回
// 不然代理類將有 ProxyClassFactory 來建立
return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}
複製代碼
這裏說的ProxyClassFactory是在Proxy類下的一個靜態類
/**
* 一個工廠函數，用於生成、定義和返回給定ClassLoader和接口數組的代理類。
*
*/
private static final class ProxyClassFactory
implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
{
// 代理類的名字的前綴統一爲「$Proxy」
private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";
// 每一個代理類前綴後面都會跟着一個惟一的編號，如$Proxy0、$Proxy1、$Proxy2
private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();
@Override
public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {
Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
for (Class<?> intf : interfaces) {
/*
* 驗證類加載器加載接口獲得對象是否與由apply函數參數傳入的對象相同
*/
Class<?> interfaceClass = null;
try {
interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader);
} catch (ClassNotFoundException e) {
}
if (interfaceClass != intf) {
throw new IllegalArgumentException(
intf + " is not visible from class loader");
}
/*
* 驗證這個Class對象是否是接口
*/
if (!interfaceClass.isInterface()) {
throw new IllegalArgumentException(
interfaceClass.getName() + " is not an interface");
}
/*
* 驗證這個接口是否重複
*/
if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
throw new IllegalArgumentException(
"repeated interface: " + interfaceClass.getName());
}
}
String proxyPkg = null; // 聲明代理類所在的package
int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;
/*
* 記錄一個非公共代理接口的包，以便在同一個包中定義代理類。同時驗證全部非公共
* 代理接口都在同一個包中
*/
for (Class<?> intf : interfaces) {
int flags = intf.getModifiers();
if (!Modifier.isPublic(flags)) {
accessFlags = Modifier.FINAL;
String name = intf.getName();
int n = name.lastIndexOf('.');
String pkg = ((n == -1) ? "" : name.substring(0, n + 1));
if (proxyPkg == null) {
proxyPkg = pkg;
} else if (!pkg.equals(proxyPkg)) {
throw new IllegalArgumentException(
"non-public interfaces from different packages");
}
}
}
if (proxyPkg == null) {
// 若是全是公共代理接口，那麼生成的代理類就在com.sun.proxy package下
proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
}
/*
* 爲代理類生成一個name package name + 前綴+惟一編號
* 如 com.sun.proxy.$Proxy0.class
*/
long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
/*
* 生成指定代理類的字節碼文件
*/
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
proxyName, interfaces, accessFlags);
try {
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());
}
}
}
複製代碼
從註釋中能夠得知，ProxyClassFactory是經過ProxyGenerator.generateProxyClass方法生成的代理類的字節碼文件。因爲這個jar包不公開，因此咱們能夠在百度Google上搜一下，或者經過OpenJDK來查看，二者的這部分代碼基本一致。OpenJDK ProxyGenerator.java
public static byte[] generateProxyClass(final String name,
Class[] interfaces)
{
ProxyGenerator gen = new ProxyGenerator(name, interfaces);
//生成獲取字節碼
final byte[] classFile = gen.generateClassFile();
//是否將二進制保存到本地文件中，saveGeneratedFiles由參數sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles決定。
if (saveGeneratedFiles) {
java.security.AccessController.doPrivileged(
new java.security.PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
try {
FileOutputStream file =
new FileOutputStream(dotToSlash(name) + ".class");
file.write(classFile);
file.close();
return null;
} catch (IOException e) {
throw new InternalError(
"I/O exception saving generated file: " + e);
}
}
});
}
return classFile;
}
複製代碼
咱們繼續跟進生成字節碼的gen.generateClassFile()方法
private byte[] generateClassFile() {
/* ============================================================
* Step 1: 爲全部方法組裝ProxyMethod對象，覺得其生成代理調度代碼
*/
//生成proxy代理類的hashcode，equals，toString方法
addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);
addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);
addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);
//添加各個接口的方法
//這就是爲何咱們可以經過代理調用接口方法實現的緣由
for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
Method[] methods = interfaces[i].getMethods();
for (int j = 0; j < methods.length; j++) {
addProxyMethod(methods[j], interfaces[i]);
}
}
//檢查返回類型
for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
checkReturnTypes(sigmethods);
}
/* ============================================================
* Step 2: 爲咱們生成的類中的全部字段和方法組裝FieldInfo和MethodInfo結構。
*/
//編譯成class的相關內容
try {
methods.add(generateConstructor());
for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
for (ProxyMethod pm : sigmethods) {
fields.add(new FieldInfo(pm.methodFieldName,
"Ljava/lang/reflect/Method;", ACC_PRIVATE
| ACC_STATIC));
methods.add(pm.generateMethod());
}
}
methods.add(generateStaticInitializer());
} catch (IOException e) {
throw new InternalError("unexpected I/O Exception");
}
if (methods.size() > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("method limit exceeded");
}
if (fields.size() > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("field limit exceeded");
}
/* ============================================================
* Step 3: 將組織好的class文件寫入到文件中
*/
//在開始編寫最終類文件以前，請確保爲如下項保留了常量池索引
cp.getClass(dotToSlash(className));
cp.getClass(superclassName);
for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
cp.getClass(dotToSlash(interfaces[i].getName()));
}
//設置爲只讀模式，在此以後不容許添加新的常量池，由於咱們將要編寫一個final常量池表。
cp.setReadOnly();
ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
DataOutputStream dout = new DataOutputStream(bout);
try {
//如下是class文件的結構，想深刻了解的話能夠看深刻Java虛擬機
// u4 magic;
dout.writeInt(0xCAFEBABE);
// u2 minor_version;
dout.writeShort(CLASSFILE_MINOR_VERSION);
// u2 major_version;
dout.writeShort(CLASSFILE_MAJOR_VERSION);
cp.write(dout); // (write constant pool)
// u2 access_flags;
dout.writeShort(ACC_PUBLIC | ACC_FINAL | ACC_SUPER);
// u2 this_class;
dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(className)));
// u2 super_class;
dout.writeShort(cp.getClass(superclassName));
// u2 interfaces_count;
dout.writeShort(interfaces.length);
// u2 interfaces[interfaces_count];
for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(interfaces[i].getName())));
}
// u2 fields_count;
dout.writeShort(fields.size());
// field_info fields[fields_count];
for (FieldInfo f : fields) {
f.write(dout);
}
// u2 methods_count;
dout.writeShort(methods.size());
// method_info methods[methods_count];
for (MethodInfo m : methods) {
m.write(dout);
}
// u2 attributes_count;
dout.writeShort(0); // (no ClassFile attributes for proxy classes)
} catch (IOException e) {
throw new InternalError("unexpected I/O Exception");
}
return bout.toByteArray();
}
複製代碼
查看生成的Proxy代理類
到這裏，咱們就基本解析完了Java Proxy在動態代理中的做用了。不過你們可能會對動態代理生成出來的代理類具體結構有疑問。爲了更好地瞭解Proxy代理類的結構（順便加深印象），咱們不妨經過FileOutputStream 來將generateProxyClass建立的二進制生成相應的class文件
public static void main(String[] args) {
String name = "ProductServiceProxy";
byte[] data = sun.misc.ProxyGenerator.generateProxyClass(name,
new Class[] { ProductService.class });
try {
FileOutputStream out = new FileOutputStream(name + ".class");
out.write(data);
out.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
複製代碼
運行後在項目根目錄會找到一個ProductServiceProxy.class文件，咱們經過反編譯打開
import com.example.javabase.proxyDemo.ProductService;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;
public final class ProductServiceProxy
extends Proxy
implements ProductService
{
private static Method m1;
private static Method m2;
private static Method m3;
private static Method m0;
public ProductServiceProxy(InvocationHandler paramInvocationHandler)
{
super(paramInvocationHandler);
}
public final boolean equals(Object paramObject)
{
try
{
return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue();
}
catch (Error|RuntimeException localError)
{
throw localError;
}
catch (Throwable localThrowable)
{
throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
}
}
public final String toString()
{
try
{
return (String)this.h.invoke(this, m2, null);
}
catch (Error|RuntimeException localError)
{
throw localError;
}
catch (Throwable localThrowable)
{
throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
}
}
public final void addProduct(String paramString)
{
try
{
this.h.invoke(this, m3, new Object[] { paramString });
return;
}
catch (Error|RuntimeException localError)
{
throw localError;
}
catch (Throwable localThrowable)
{
throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
}
}
public final int hashCode()
{
try
{
return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
}
catch (Error|RuntimeException localError)
{
throw localError;
}
catch (Throwable localThrowable)
{
throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
}
}
static
{
try
{
m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") });
m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
m3 = Class.forName("com.example.javabase.proxyDemo.ProductService").getMethod("addProduct", new Class[] { Class.forName("java.lang.String") });
m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
return;
}
catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException)
{
throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());
}
catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException)
{
throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());
}
}
}
複製代碼
從上面咱們能夠很清楚的看到，代理類的方法調用最後仍是經過InvocationHandler.invoke反射調用到了被代理類的方法。代理的大概結構包括4部分：
- 靜態字段：被代理的接口全部方法都有一個對應的靜態方法變量；
- 構造函數：從這裏傳入咱們InvocationHandler邏輯；
- 具體每一個代理方法：邏輯都差很少就是 h.invoke，主要是調用咱們定義好的invocatinoHandler邏輯,觸發目標對象target上對應的方法;
- 靜態塊：主要是經過反射初始化靜態方法變量；
同時，由於全部代理類都繼承了Proxy類，因此JDK動態代理只能對接口進行代理，Java的繼承機制註定了這些動態代理類們沒法實現對class的動態代理。
延伸
相關文章
- 1. 深刻理解 Java 動態代理
- 2. Java基礎-JDK動態代理
- 3. JAVA動態代理基礎 完全理解JAVA動態代理
- 4. Java基礎 -- 深刻理解迭代器
- 5. 深刻理解Java動態代理與代碼模擬JDK實現動態代理【JAVA核心】
- 6. 深刻理解動態代理
- 7. 深刻JVM 動態代理
- 8. 深刻理解Java動態代理及手動實現
- 9. 深刻探究Java動態代理
- 10. JDK動態代理深刻理解分析並手寫簡易JDK動態代理（上）
- 更多相關文章...
- • Spring JDK動態代理（附帶實例） - Spring教程
- • Spring CGLlB動態代理（附帶實例） - Spring教程
- • Docker 清理命令
- • ☆技術問答集錦（13）Java Instrument原理
相關標籤/搜索
每日一句
-
每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。
最新文章
- 1. 「插件」Runner更新Pro版，幫助設計師遠離996
- 2. 錯誤 707 Could not load file or assembly ‘Newtonsoft.Json, Version=12.0.0.0, Culture=neutral, PublicKe
- 3. Jenkins 2018 報告速覽，Kubernetes使用率躍升235%！
- 4. TVI-Android技術篇之註解Annotation
- 5. android studio啓動項目
- 6. Android的ADIL
- 7. Android卡頓的檢測及優化方法彙總（線下+線上）
- 8. 登錄註冊的業務邏輯流程梳理
- 9. NDK(1)創建自己的C/C++文件
- 10. 小菜的系統框架界面設計-你的評估是我的決策
歡迎關注本站公眾號,獲取更多信息
