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基于JDK动态代理原理解析

2023-05-05 08:59:45 作者：wen-pan

这篇文章主要介绍了基于JDK动态代理原理解析，具有很好的参考价值，希望对大家有所帮助。如有错误或未考虑完全的地方，望不吝赐教

1、回顾一下JDK动态代理的核心参数

如果我们要为target类创建一个【JDK动态代理对象】，那么我们必须要传入如下三个核心参数

加载target类的类加载器
target类实现的接口
InvocationHandler

为什么必须要这三个参数呢？之前使用动态代理的时候都是直接按接口要求传这三个参数，但从来没想过为什么？下面仔细去探究一下

2、实现一个简单的动态代理

【JDK动态代理】的核心其实是借助【Proxy.newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)】方法，去创建的动态代理对象，我们这里也使用这个方法去创建一个简单的【动态代理对象】以便于理解他的核心原理。

①、定义接口Subject

public interface Subject {
    /**
     * 接口方法
     */
    void doSomething();
    /**
     * sayHello
     *
     * @param name name
     * @return string
     */
    String sayHello(String name);
}

②、定义接口的实现类RealSubject

实现Subject接口，并实现接口相关方法

public class RealSubject implements Subject {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("RealSubject do something");
    }
    @Override
    public String sayHello(String name) {
        System.out.println("RealSubject sayHello");
        return "hello-" + name;
    }
}

③、定义代理对象创建工厂

定义一个工厂类，该工厂类用于为target对象生产代理对象
该工厂类借助Proxy.newProxyInstance来为目标对象创建代理对象

public class JdkDynamicProxyFactory {
    /**
     * 创建target类的代理对象
     * 注意：当调用代理对象中的方法时，其实就是调用的InvocationHandler里面的invoke方法，然后在invoke方法里调用目标对象对应的方法
     *
     * @param <T> 泛型
     * @return 代理对象
     */
    public static <T> T getProxy(Object target) {
        // 创建代理实例，分别传入：【加载target类的类加载器、target类实现的接口、InvocationHandler】
        Object proxyInstance = Proxy.newProxyInstance(
                target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(),
                new InvocationHandler() {
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        System.out.println("执行目标方法前");
                        // 执行目标方法
                        Object result = method.invoke(target, args);
                        System.out.println("执行目标方法后");
                        // 返回目标方法的执行结果
                        return result;
                    }
                });
        // 返回代理对象
        return (T) proxyInstance;
    }
}

④、创建测试类，为target创建代理对象

该测试类会将内存中的动态代理对象保存到磁盘上，以便于我们后续分析生成的动态代理类的具体结构

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 保存生成的代理类的字节码文件
        System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
        // 目标对象
        RealSubject target = new RealSubject();
        // 使用JDK动态代理为【target对象】创建代理对象
        Subject proxy = JdkDynamicProxyFactory.getProxy(target);
        // 调用代理对象的方法
        proxy.doSomething();
        System.out.println("=====================华丽的分割线=====================");
        proxy.sayHello("wenpan");
    }
}

3、分析生成的动态代理类的结构

在上面一步中我们使用

System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");

将动态生成的代理保存到了磁盘上，下面我们就具体看看生成的代理类长什么样

可以看到代理类【继承了Proxy类】，并且【实现了目标接口Subject】，覆写了接口中的【每一个方法】
这也说明了为什么JDK代理需要实现接口，因为Java是单继承的，既然代理类继承了Proxy类那么就无法再继承其他类了
在代理类中将我们的【目标接口Subject】的【所有方法（包括object父类的方法）】都以【静态属性的形式】保存了起来（主要是为了方便后面的【反射调用】）
在调用动态代理对象的某个方法时（比如：调用doSomething方法），实质上是调用的【Proxy类】的【h属性】的invoke方法
所以我们要重点去看看这个【Proxy.h】到底是个什么鬼？其实他就是创建代理对象是我们传入的【InvocationHandler】

// 1、代理类首先继承了Proxy类（这也说明了为什么JDK代理需要实现接口，因为Java是单继承的），并且实现了目标接口Subject
public final class $Proxy0 extends Proxy implements Subject {
  	// 2、可以看到，在代理类中将我们的【目标接口Subject】的【所有方法（包括object父类的方法）】都以【静态属性的形式】保存了起来
    private static Method m1;
    private static Method m3;
    private static Method m4;
    private static Method m2;
    private static Method m0;
  	// 以静态代码块的形式为属性赋值
    static {
          try {
              m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
              m3 = Class.forName("com.stone.design.mode.proxy.jdk.Subject").getMethod("doSomething");
              m4 = Class.forName("com.stone.design.mode.proxy.jdk.Subject").getMethod("sayHello", Class.forName("java.lang.String"));
              m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString");
              m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode");
          } catch (NoSuchMethodException var2) {
              throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());
          } catch (ClassNotFoundException var3) {
              throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());
          }
      }
    public $Proxy0(InvocationHandler var1) throws  {
        super(var1);
    }
  	// 3、object父类的equals方法
    public final boolean equals(Object var1) throws  {
        try {
          	// 这里的supper是指的Proxy类，调用【Proxy类】的【h属性】的invoke方法执行
          	// 重点：【注意这里的super.h】其实就是我们创建代理对象是传入的【InvocationHandler】，不信往后面看
          	// 这里也就体现了创建代理对象时为什么需要传入【InvocationHandler】，以及为什么调用代理对象的方法时都是执行的invoke方法
            return (Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[]{var1});
        } catch (RuntimeException | Error var3) {
            throw var3;
        } catch (Throwable var4) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var4);
        }
    }
  	// 4、目标接口的方法
    public final void doSomething() throws  {
        try {
          	// 调用了【Proxy.h属性】的invoke方法
          	// 注意这里的super.h】其实就是我们创建代理对象是传入的【InvocationHandler】，不信往后面看
            super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }
  	// 5、目标接口的方法
    public final String sayHello(String var1) throws  {
        try {
          	// 调用了【Proxy.h属性】的invoke方法
          	// 注意这里的super.h】其实就是我们创建代理对象是传入的【InvocationHandler】，不信往后面看
            return (String)super.h.invoke(this, m4, new Object[]{var1});
        } catch (RuntimeException | Error var3) {
            throw var3;
        } catch (Throwable var4) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var4);
        }
    }
    public final String toString() throws  {
        try {
            return (String)super.h.invoke(this, m2, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }
    public final int hashCode() throws  {
        try {
            return (Integer)super.h.invoke(this, m0, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }
}

4、Proxy.h是什么鬼

在上面的第三点中我们看到，执行代理对象的方法的时候其实质是调用的【super.h.invoke方法】也就是【Proxy.h.invoke方法】，那么我们仔细看看【Proxy.h】到底是什么鬼

①、Proxy.newProxyInstance是如何创建代理对象的

下面的源代码我做了一些删减，只留下了最核心的部分

通过下面代码我们就明确了使用【newProxyInstance】方法创建代理对象时所做的几件事情
首先通过【目标接口】 + 【类加载器】创建一个Proxy类的【Class对象】
然后通过这个【Class对象】获取到他的有参构造器，并且传入我们自定义的【InvocationHandler】作为构造函数参数，并且通过反射的方式调用有参构造器创建一个【Proxy对象】
在【Proxy的有参构造器】中，会将传入的【InvocationHandler】保存到【h属性】上（方便后面的supper.h.invoke调用）
代理对象创建完毕

public class Proxy implements java.io.Serializable {
  	// h属性，保存我们传递进来的InvocationHandler
    protected InvocationHandler h;
    // 【有参构造器】注意这里的参数
    protected Proxy(InvocationHandler h) {
      Objects.requireNonNull(h);
      this.h = h;
    }
    // 生成代理对象的方法
    public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)
        throws IllegalArgumentException{
      	// 1、InvocationHandler强制不允许为空
        Objects.requireNonNull(h);
        // 获取到目标接口
        final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
        /*
         * Look up or generate the designated proxy class.
         * 2、获取到代理类的Class对象（也就是Proxy）
         */
        Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
        /*
         * Invoke its constructor with the designated invocation handler.
         * 通过反射执行 cl 的有参构造，也就是下面这个，可以看到通过反射执行Proxy有参构造，
         * 将InvocationHandler赋值到了h属性上
         */
        try {
            // 3、获取到有参构造器
            final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            // 4、通过构造器来创建一个代理对象并返回，这里传入的参数h 就是我们的【InvocationHandler】
            return cons.newInstance(new Object[]{h});
        } catch (IllegalAccessException|InstantiationException e) {
            // 省略....
        }
    }
}

5、问题总结

现在再来看上面抛出的三个问题！

为什么创建代理对象时需要传入如下三个参数：

加载target类的类加载器
target类实现的接口
InvocationHandler

①、为什么要传入类加载器

因为动态代理类也是类，我们普通的类是从【磁盘上的.class文件（也可以是其他地方，比如网络上）】里加载而来，而动态代理类则是在【运行过程中动态生成的类】。

那么既然是类那么他就一定要【被类加载器加载后】才能被我们的【Java虚拟机】识别。

所以我们会传入【加载target类的类加载器】，用该类加载器来加载【动态生成的代理类】

②、为什么要传入target类实现的接口

为啥要传入【target类实现的接口】呢？直接【继承目标类】不行吗？肯定不行

从上面的【动态生成的代理类的结构】来看，代理类继承了Proxy类，由于【Java是单继承】的，所以无法再通过继承的方式来继承【目标类】了。
所以动态代理类需要【实现目标接口】，来重写接口的方法

③、为什么要传入InvocationHandler

从【动态生成的代理类的结构】可以看出，我们传入的InvocationHandler最终会被作为一个属性保存到Proxy对象的【h属性】上
并且【动态代理对象】会覆写【目标接口的所有方法】，在方法中会使用 supper.h.invoke的方式调用InvocationHandler的invoke方法，所以我们需要传入InvocationHandler
动态代理的每个方法调用都会先走InvocationHandler.invoke（）方法

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。