彻底理解JAVA动态代理

不念不忘少年蓝@ 2022-11-18 10:55 144阅读 0赞

代理设计模式

定义:为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

动态代理使用

java动态代理机制以巧妙的方式实现了代理模式的设计理念。

代理模式示例代码:

  1. public interface Subject
  2. {
  3. public void doSomething();
  4. }
  5. public class RealSubject implements Subject
  6. {
  7. public void doSomething()
  8. {
  9. System.out.println( "call doSomething()" );
  10. }
  11. }
  12. public class ProxyHandler implements InvocationHandler
  13. {
  14. private Object proxied;
  15. public ProxyHandler( Object proxied )
  16. {
  17. this.proxied = proxied;
  18. }
  19. public Object invoke( Object proxy, Method method, Object[] args ) throws Throwable
  20. {
  21. //在转调具体目标对象之前,可以执行一些功能处理
  22. //转调具体目标对象的方法
  23. return method.invoke( proxied, args);
  24. //在转调具体目标对象之后,可以执行一些功能处理
  25. }
  26. }
  27. import java.lang.reflect.InvocationHandler;
  28. import java.lang.reflect.Method;
  29. import java.lang.reflect.Proxy;
  30. import sun.misc.ProxyGenerator;
  31. import java.io.*;
  32. public class DynamicProxy
  33. {
  34. public static void main( String args[] )
  35. {
  36. RealSubject real = new RealSubject();
  37. Subject proxySubject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(Subject.class.getClassLoader(),
  38. new Class[]{ Subject.class},
  39. new ProxyHandler(real));
  40. proxySubject.doSomething();
  41. //write proxySubject class binary data to file
  42. createProxyClassFile();
  43. }
  44. public static void createProxyClassFile()
  45. {
  46. String name = "ProxySubject";
  47. byte[] data = ProxyGenerator.generateProxyClass( name, new Class[] { Subject.class } );
  48. try
  49. {
  50. FileOutputStream out = new FileOutputStream( name + ".class" );
  51. out.write( data );
  52. out.close();
  53. }
  54. catch( Exception e )
  55. {
  56. e.printStackTrace();
  57. }
  58. }
  59. }

动态代理内部实现

首先来看看类Proxy的代码实现 Proxy的主要静态变量

  1. // 映射表:用于维护类装载器对象到其对应的代理类缓存
  2. private static Map loaderToCache = new WeakHashMap();
  3. // 标记:用于标记一个动态代理类正在被创建中
  4. private static Object pendingGenerationMarker = new Object();
  5. // 同步表:记录已经被创建的动态代理类类型,主要被方法 isProxyClass 进行相关的判断
  6. private static Map proxyClasses = Collections.synchronizedMap(new WeakHashMap());
  7. // 关联的调用处理器引用
  8. protected InvocationHandler h;

Proxy的构造方法

  1. // 由于 Proxy 内部从不直接调用构造函数,所以 private 类型意味着禁止任何调用
  2. private Proxy() { }
  3. // 由于 Proxy 内部从不直接调用构造函数,所以 protected 意味着只有子类可以调用
  4. protected Proxy(InvocationHandler h) { this.h = h;}

Proxy静态方法newProxyInstance

  1. public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[]interfaces,InvocationHandler h) throws IllegalArgumentException {
  2. // 检查 h 不为空,否则抛异常
  3. if (h == null) {
  4. throw new NullPointerException();
  5. }
  6. // 获得与指定类装载器和一组接口相关的代理类类型对象
  7. Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);
  8. // 通过反射获取构造函数对象并生成代理类实例
  9. try {
  10. Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
  11. return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });
  12. } catch (NoSuchMethodException e) { throw new InternalError(e.toString());
  13. } catch (IllegalAccessException e) { throw new InternalError(e.toString());
  14. } catch (InstantiationException e) { throw new InternalError(e.toString());
  15. } catch (InvocationTargetException e) { throw new InternalError(e.toString());
  16. }
  17. }

类Proxy的getProxyClass方法调用ProxyGenerator的 generateProxyClass方法产生ProxySubject.class的二进制数据:

  1. public static byte[] generateProxyClass(final String name, Class[] interfaces)

我们可以import sun.misc.ProxyGenerator,调用 generateProxyClass方法产生binary data,然后写入文件,最后通过反编译工具来查看内部实现原理。 反编译后的ProxySubject.java Proxy静态方法newProxyInstance

  1. import java.lang.reflect.*;
  2. public final class ProxySubject extends Proxy
  3. implements Subject
  4. {
  5. private static Method m1;
  6. private static Method m0;
  7. private static Method m3;
  8. private static Method m2;
  9. public ProxySubject(InvocationHandler invocationhandler)
  10. {
  11. super(invocationhandler);
  12. }
  13. public final boolean equals(Object obj)
  14. {
  15. try
  16. {
  17. return ((Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[] {
  18. obj
  19. })).booleanValue();
  20. }
  21. catch(Error _ex) { }
  22. catch(Throwable throwable)
  23. {
  24. throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
  25. }
  26. }
  27. public final int hashCode()
  28. {
  29. try
  30. {
  31. return ((Integer)super.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
  32. }
  33. catch(Error _ex) { }
  34. catch(Throwable throwable)
  35. {
  36. throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
  37. }
  38. }
  39. public final void doSomething()
  40. {
  41. try
  42. {
  43. super.h.invoke(this, m3, null);
  44. return;
  45. }
  46. catch(Error _ex) { }
  47. catch(Throwable throwable)
  48. {
  49. throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
  50. }
  51. }
  52. public final String toString()
  53. {
  54. try
  55. {
  56. return (String)super.h.invoke(this, m2, null);
  57. }
  58. catch(Error _ex) { }
  59. catch(Throwable throwable)
  60. {
  61. throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
  62. }
  63. }
  64. static
  65. {
  66. try
  67. {
  68. m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] {
  69. Class.forName("java.lang.Object")
  70. });
  71. m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
  72. m3 = Class.forName("Subject").getMethod("doSomething", new Class[0]);
  73. m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
  74. }
  75. catch(NoSuchMethodException nosuchmethodexception)
  76. {
  77. throw new NoSuchMethodError(nosuchmethodexception.getMessage());
  78. }
  79. catch(ClassNotFoundException classnotfoundexception)
  80. {
  81. throw new NoClassDefFoundError(classnotfoundexception.getMessage());
  82. }
  83. }
  84. }

ProxyGenerator内部是如何生成class二进制数据,可以参考源代码。

  1. private byte[] generateClassFile() {
  2. /* * Record that proxy methods are needed for the hashCode, equals, * and toString methods of java.lang.Object. This is done before * the methods from the proxy interfaces so that the methods from * java.lang.Object take precedence over duplicate methods in the * proxy interfaces. */
  3. addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);
  4. addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);
  5. addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);
  6. /* * Now record all of the methods from the proxy interfaces, giving * earlier interfaces precedence over later ones with duplicate * methods. */
  7. for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
  8. Method[] methods = interfaces[i].getMethods();
  9. for (int j = 0; j < methods.length; j++) {
  10. addProxyMethod(methods[j], interfaces[i]);
  11. }
  12. }
  13. /* * For each set of proxy methods with the same signature, * verify that the methods' return types are compatible. */
  14. for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
  15. checkReturnTypes(sigmethods);
  16. }
  17. /* ============================================================ * Step 2: Assemble FieldInfo and MethodInfo structs for all of * fields and methods in the class we are generating. */
  18. try {
  19. methods.add(generateConstructor());
  20. for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
  21. for (ProxyMethod pm : sigmethods) {
  22. // add static field for method's Method object
  23. fields.add(new FieldInfo(pm.methodFieldName,
  24. "Ljava/lang/reflect/Method;",
  25. ACC_PRIVATE | ACC_STATIC));
  26. // generate code for proxy method and add it
  27. methods.add(pm.generateMethod());
  28. }
  29. }
  30. methods.add(generateStaticInitializer());
  31. } catch (IOException e) {
  32. throw new InternalError("unexpected I/O Exception");
  33. }
  34. /* ============================================================ * Step 3: Write the final class file. */
  35. /* * Make sure that constant pool indexes are reserved for the * following items before starting to write the final class file. */
  36. cp.getClass(dotToSlash(className));
  37. cp.getClass(superclassName);
  38. for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
  39. cp.getClass(dotToSlash(interfaces[i].getName()));
  40. }
  41. /* * Disallow new constant pool additions beyond this point, since * we are about to write the final constant pool table. */
  42. cp.setReadOnly();
  43. ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
  44. DataOutputStream dout = new DataOutputStream(bout);
  45. try {
  46. /* * Write all the items of the "ClassFile" structure. * See JVMS section 4.1. */
  47. // u4 magic;
  48. dout.writeInt(0xCAFEBABE);
  49. // u2 minor_version;
  50. dout.writeShort(CLASSFILE_MINOR_VERSION);
  51. // u2 major_version;
  52. dout.writeShort(CLASSFILE_MAJOR_VERSION);
  53. cp.write(dout); // (write constant pool)
  54. // u2 access_flags;
  55. dout.writeShort(ACC_PUBLIC | ACC_FINAL | ACC_SUPER);
  56. // u2 this_class;
  57. dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(className)));
  58. // u2 super_class;
  59. dout.writeShort(cp.getClass(superclassName));
  60. // u2 interfaces_count;
  61. dout.writeShort(interfaces.length);
  62. // u2 interfaces[interfaces_count];
  63. for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
  64. dout.writeShort(cp.getClass(
  65. dotToSlash(interfaces[i].getName())));
  66. }
  67. // u2 fields_count;
  68. dout.writeShort(fields.size());
  69. // field_info fields[fields_count];
  70. for (FieldInfo f : fields) {
  71. f.write(dout);
  72. }
  73. // u2 methods_count;
  74. dout.writeShort(methods.size());
  75. // method_info methods[methods_count];
  76. for (MethodInfo m : methods) {
  77. m.write(dout);
  78. }
  79. // u2 attributes_count;
  80. dout.writeShort(0); // (no ClassFile attributes for proxy classes)
  81. } catch (IOException e) {
  82. throw new InternalError("unexpected I/O Exception");
  83. }
  84. return bout.toByteArray();

总结
一个典型的动态代理创建对象过程可分为以下四个步骤:
1、通过实现InvocationHandler接口创建自己的调用处理器 IvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(…);
2、通过为Proxy类指定ClassLoader对象和一组interface创建动态代理类
Class clazz = Proxy.getProxyClass(classLoader,new Class[]{…});
3、通过反射机制获取动态代理类的构造函数,其参数类型是调用处理器接口类型
Constructor constructor = clazz.getConstructor(new Class[]{InvocationHandler.class});
4、通过构造函数创建代理类实例,此时需将调用处理器对象作为参数被传入
Interface Proxy = (Interface)constructor.newInstance(new Object[] (handler));
为了简化对象创建过程,Proxy类中的newInstance方法封装了2~4,只需两步即可完成代理对象的创建。
生成的ProxySubject继承Proxy类实现Subject接口,实现的Subject的方法实际调用处理器的invoke方法,而invoke方法利用反射调用的是被代理对象的的方法(Object result=method.invoke(proxied,args))

美中不足
诚然,Proxy已经设计得非常优美,但是还是有一点点小小的遗憾之处,那就是它始终无法摆脱仅支持interface代理的桎梏,因为它的设计注定了这个遗憾。回想一下那些动态生成的代理类的继承关系图,它们已经注定有一个共同的父类叫Proxy。Java的继承机制注定了这些动态代理类们无法实现对class的动态代理,原因是多继承在Java中本质上就行不通。有很多条理由,人们可以否定对 class代理的必要性,但是同样有一些理由,相信支持class动态代理会更美好。接口和类的划分,本就不是很明显,只是到了Java中才变得如此的细化。如果只从方法的声明及是否被定义来考量,有一种两者的混合体,它的名字叫抽象类。实现对抽象类的动态代理,相信也有其内在的价值。此外,还有一些历史遗留的类,它们将因为没有实现任何接口而从此与动态代理永世无缘。如此种种,不得不说是一个小小的遗憾。但是,不完美并不等于不伟大,伟大是一种本质,Java动态代理就是佐例。

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