Java,JDK动态代理的原理分析

1. 代理基本概念：

　　以下是代理概念的百度解释：代理(百度百科)

       总之一句话：三个元素，数据--->代理对象--->真实对象；复杂一点的可以理解为五个元素：输入数据--->代理对象--->真实对象--->代理对象--->输出数据。

2. JDK的动态代理概念：

　　JDK的动态代理和正常的代理逻辑有些区别。

　　首先先明确一下术语：类 class ，接口 interface。

　　JDK动态代理是基于 interface 创建的，而不是真正的对象；也就是说，即使没有真正的对象，JDK依然可以创建代理对象。下面用代码来解释：

public class JDKProxy implements InvocationHandler{
    public Object getObject(TestInterface ref){
        return Proxy.newProxyInstance(getClass().getClassLoader(), ref.getClass().getInterfaces(), this);
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        return null;
    }
}

　　当然，实际中使用的情况是有真正的对象的，像下面这样：　

public class JDKProxy implements InvocationHandler{
    TestInterface ref;
    public Object getObject(TestInterface ref){
        this.ref = ref;
        return Proxy.newProxyInstance(getClass().getClassLoader(), ref.getClass().getInterfaces(), this);
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("doBefore");
        Object o = method.invoke(ref, args);
        System.out.println("doAfter");
        return o;
    }
}

　　那么，和正常的代理逻辑区别就在这里了，JDK的动态代理多依赖一个元素，就是被代理对象ref所实现的接口。如果ref对象没有实现任何接口，那么这个对象是无法被代理的。 

　　那么问题来了： 为什么Java自带的动态代理 选择 要基于接口 ？基于什么考虑，或者说Java如果 选择 直接 代理真正的对象会有什么问题？

3. 进入正题：JDK动态代理是如何实现的？(基于JDK1.8)

　　Java中涉及到的关键先生：InvocationHandler , Proxy

　　3.1 使用方法及参数详细解释

　　　　代码使用方法：

　　　　　

//代理类，实现InvocationHandler
public class JDKProxy implements InvocationHandler{
    private UserService userServiceRef;
　　 //获取代理对象
    public UserService getProxy(UserService userServiceRef){
        this.userServiceRef = userServiceRef;
　　　　　//Proxy生成代理对象
        return (UserService) Proxy.newProxyInstance(getClass().getClassLoader(), userServiceRef.getClass().getInterfaces(), this);
    }
　　 //代理对象做的事
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("someone is logining");
        Object returnObject = method.invoke(userServiceRef, args);
        System.out.println("someone login success");
        return returnObject;
    }
}　　

　　　　下面是InvocationHandler的接口描述：

　　　package java.lang.reflect;
　　　public interface InvocationHandler {
    　　　public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable;
　　　}

　　　　其中的参数：

　　　　　　proxy: 代理对象本身，也就是 getProxy(UserService userServiceRef) 获取到的对象。大家思考一下，为什么要把这个代理对象作为参数传进来？

　　　　　　　　　　　　　　我个人觉得这是个完全没有必要的参数。

　　　　　　method：userServiceRef中的方法。

　　　　　　args: method方法的参数。

　　　　再来看一下Proxy.newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)方法参数：

　　　　　　loader：类加载器，用来加载代理类的，即Proxy.newProxyInstance()的返回结果的类字节码。

　　　　　　interfaces：代理对象所实现的接口。 这里接口是数组参数，通常被代理只实现一个接口。那实现多个接口时使用代理对象有什么问题？其实也没问题，就是调用不同接口的方法前需要先强转为对应的接口类，麻烦。

　　　　　　h：实现InvocationHandler的类，也就是示例代码中的JDKProxy类 。

　　　　测试代码：

　　　　public static void main(String[] args) {
        　　UserService userService = new UserServiceImpl();
        　　JDKProxy proxy = new JDKProxy();
        　　UserService userServiceProxy = proxy.getProxy(userService);
        　　userServiceProxy.login();
    　　}

　　3.2 实现的原理与细节：

　　    1.代理对象的创建过程：

　　　　创建代理对象的方法：Proxy.newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)

　　　　通过这个方法的参数其实可以看到一些眉目，loader用来加载代理类字节码，interfaces作为代理类实现的接口，h为代理对象实际调用的方法(即invoke方法)。

　　　　创建过程大致分为几步：

• • 从缓存中获取代理对象，获取到则直接返回；

　　　　　　缓存由WeakCache中的ConcurrentMap<Object, ConcurrentMap<Object, Supplier<V>>> map来存储；

　　　　　　为什么是两级Map？ 想一想，Java类的唯一性由ClassLoader+Class决定，所以Key Object是ClassLoader，Key Object是所有接口组成的对象().

　　　　　　 WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>> proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory()); 

　　　　　　其中KeyFactory的作用就是将interfaces转换为Key Object 。

• • 生成代理对象的类名proxyName；

　　　　　　由 private static final class ProxyClassFactory 来完成.

　　　　　　private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy"; //ProxyClassFactory
　　　　　　// 每次使用时 自增1
　　　　　　private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();//ProxyClassFactory

　　　　　　ReflectUtil.PROXY_PACKAGE = "com.sun.proxy";//RelectionUtil

　　　　　　proxyName = PROXY_PACKAGE + proxyClassNamePrefix + nextUniqueNumber；

• • 生成proxyName类的字节码；

　　　　　　由 sun.misc.ProxyGenerator.generateProxyClass(String proxyName, Class<?>[] interfaces, int accessFlags) ，方法返回二进制字节码。

　　　　　　参数： 类名，需要实现的接口，访问标志。

• • 将字节码加载到虚拟机中，即方法区内存(jdk1.7之前是永久代，jdk8之后的元数据区)；

　　　　　　由 java.lang.reflect.Proxy.defineClass0(ClassLoader loader, String proxyName, byte[] proxyClass, int offset, int length)　完成。

　　　　　　 private static native Class<?> defineClass0(ClassLoader loader, String name, byte[] b, int off, int len); 

　　　　　　这是一个本地方法，通过JNI调用，返回代理的Class对象。

• • 生成代理Class对象的实例；构造器实例化

　　　　　　生成代理对象的三个参数中的 interfaces, classLoader都使用过了，还有一个InvocationHandler h 没有使用。

　　　　　　通过反射获取代理Class的参数为InvocationHandler的构造器，通过 Constructor.newInstance(new Object[]{h}); 返回最后的代理实例对象。

　　　　创建代理的过程就完成了。

　　    2. 代理对象的字节码分析：

　　　　还是以上面3.1的例子分析，测试代码稍作修改，如下：

　　　public static void main(String[] args) {
  　　　　　System.setProperty("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true"); //生成的代理对象字节码保存到.class文件中。
        　 JDKProxy proxy = new JDKProxy();
       　　proxy.getProxy(new UserServiceImpl()); //生成代理对象
     }

　　　　运行测试代码之后，user.dir目录下会多出一个目录:com/sun/proxy,打开后可以看到$Proxy0.class文件。

　　　　jd-gui反编译该class文件：为方便阅读，我把方法里的try catch全部移掉了。

　　 package com.sun.proxy;
    import java.lang.reflect.InvocationHandler;
    import java.lang.reflect.Method;
    import java.lang.reflect.Proxy;
    import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;
    import myproxy.UserService;
    public final class $Proxy0 extends Proxy implements UserService {
      private static Method m1;
      private static Method m2;
      private static Method m3;
      private static Method m0;
      
      public $Proxy0(InvocationHandler paramInvocationHandler){
        super(paramInvocationHandler); //h引用在父类Proxy中
      }
      public final boolean equals(Object paramObject){
          return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue();
      }
      public final String toString(){
          return (String)this.h.invoke(this, m2, null);
      }
      public final boolean login(){
          return ((Boolean)this.h.invoke(this, m3, null)).booleanValue(); //boolean存在包装和解包装
      }
      public final int hashCode(){
          return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
      } 
      static{
          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("myproxy.UserService").getMethod("login", new Class[0]);
          m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
          return;
      }
    }

　　　 一目了然。主要五部分内容：

　　　　代理对象继承了Proxy类，并实现了目标接口。

　　　　生成了以InvocationHandler为参数的构造器，实例化时将我们的自定JDKProxy(实现了InvocationHandler,并持有被代理对象)传递进去；

　　　　生成了Object中的三个方法：equals, hashCode, toString；

　　　　生成了接口中的所有方法，全部调用InvocationHandler对象的invoke方法；

　　　　生成了对应方法的Method对象属性，传递给invoke方法。

　　3 .提示细节：

• • 对于有参和无参方法，都是通过invoke方法调用，无参方法会直接传入null，所以在invoke方法中使用args参数时一定要先进行null的判断；
  • 对于原始数据类型(int,boolean等8种)，代理对象的方法中参数和返回值都进行了包装和解包装。
  • 代理对象生成过程中用到了反射，生成字节码时，反射Object对象方法和反射接口方法；生成实例时，反射获取代理对象的构造器；代理对象方法调用过程中是没有使用反射的。
  • 有没有感觉跟 装饰器模式 有一些 异曲同工 呢？

4. 以上就是个人总结分享的JDK动态代理的内容，原创内容，转载请注明出处。

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