侧边栏壁纸
博主头像
极简笔记博主等级

极简笔记,书写你的精彩程序人生!

  • 累计撰写 147 篇文章
  • 累计创建 24 个标签
  • 累计收到 8 条评论

目 录CONTENT

文章目录

“动态代理”的实现原理

极简笔记
2022-03-08 / 0 评论 / 0 点赞 / 747 阅读 / 6,555 字 / 正在检测是否收录...
温馨提示:
本文最后更新于 2022-03-08,若内容或图片失效,请留言反馈。部分素材来自网络,若不小心影响到您的利益,请联系我们删除。

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的对代理类中方法进行集中处理,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<ClassLoader, Class[], 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。

后记

另外,这段时间公众号出了一些状况,大家在公众号回复的一些关键词都没有对应的连接了,这里和大家说明抱歉。

不过从今天开始,公众号已经正常了,大家可以在公众号后台回复「cxuan」和「网络」领取我自己写的 PDF 哦!

本文转自 https://www.eet-china.com/mp/a107139.html,如有侵权,请联系删除。

0

评论区