JDK動態代理實現原理

之前雖然會用JDK的動態代理，但是有些問題卻一直沒有搞明白。比如說：InvocationHandler的invoke方法是由誰來調用的，代理對象是怎麼生成的，直到前幾個星期才把這些問題全部搞明白了。 
    廢話不多說了，先來看一下JDK的動態是怎麼用的。 

package dynamic.proxy;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

/**
 * 實現自己的InvocationHandler
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 *
 */
public class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {

    // 目標對象
    private Object target;

    /**
     * 構造方法
     * @param target 目標對象
     */
    public MyInvocationHandler(Object target) {
        super();
        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之前簡單的打印一下
        System.out.println("------------------before------------------");

        // 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之後簡單的打印一下
        System.out.println("-------------------after------------------");

        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);
    }
}

package dynamic.proxy;

/**
 * 目標對象實現的接口，用JDK來生成代理對象一定要實現一個接口
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 *
 */
public interface UserService {

    /**
     * 目標方法
     */
    public abstract void add();

}

package dynamic.proxy;

/**
 * 目標對象
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 *
 */
public class UserServiceImpl implements UserService {

    /* (non-Javadoc)
     * @see dynamic.proxy.UserService#add()
     */
    public void add() {
        System.out.println("--------------------add---------------");
    }
}

package dynamic.proxy;

import org.junit.Test;

/**
 * 動態代理測試類
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 *
 */
public class ProxyTest {

    @Test
    public void testProxy() throws Throwable {
        // 實例化目標對象
        UserService userService = new UserServiceImpl();

        // 實例化InvocationHandler
        MyInvocationHandler invocationHandler = new MyInvocationHandler(userService);

        // 根據目標對象生成代理對象
        UserService proxy = (UserService) invocationHandler.getProxy();

        // 調用代理對象的方法
        proxy.add();

    }
}

執行結果如下： 
------------------before------------------ 
--------------------add--------------- 
-------------------after------------------ 

   用起來是很簡單吧，其實這裏基本上就是AOP的一個簡單實現了，在目標對象的方法執行之前和執行之後進行了增強。Spring的AOP實現其實也是用了Proxy和InvocationHandler這兩個東西的。 

    用起來是比較簡單，但是如果能知道它背後做了些什麼手腳，那就更好不過了。首先來看一下JDK是怎樣生成代理對象的。既然生成代理對象是用的Proxy類的靜態方newProxyInstance，那麼我們就去它的源碼裏看一下它到底都做了些什麼？ 

/**
 * loader:類加載器
 * interfaces:目標對象實現的接口
 * h:InvocationHandler的實現類
 */
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
                      Class<?>[] interfaces,
                      InvocationHandler h)
    throws IllegalArgumentException
    {
    if (h == null) {
        throw new NullPointerException();
    }

    /*
     * Look up or generate the designated proxy class.
     */
    Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);

    /*
     * Invoke its constructor with the designated invocation handler.
     */
    try {
            // 調用代理對象的構造方法（也就是$Proxy0(InvocationHandler h)）
        Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            // 生成代理類的實例並把MyInvocationHandler的實例傳給它的構造方法
        return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });
    } catch (NoSuchMethodException e) {
        throw new InternalError(e.toString());
    } catch (IllegalAccessException e) {
        throw new InternalError(e.toString());
    } catch (InstantiationException e) {
        throw new InternalError(e.toString());
    } catch (InvocationTargetException e) {
        throw new InternalError(e.toString());
    }
    }

   我們再進去getProxyClass方法看一下 

public static Class<?> getProxyClass(ClassLoader loader,
                                         Class<?>... interfaces)
    throws IllegalArgumentException
    {
    // 如果目標類實現的接口數大於65535個則拋出異常（我XX，誰會寫這麼NB的代碼啊？）
    if (interfaces.length > 65535) {
        throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
    }

    // 聲明代理對象所代表的Class對象（有點拗口）
    Class proxyClass = null;

    String[] interfaceNames = new String[interfaces.length];

    Set interfaceSet = new HashSet();   // for detecting duplicates

    // 遍歷目標類所實現的接口
    for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {

        // 拿到目標類實現的接口的名稱
        String interfaceName = interfaces[i].getName();
        Class interfaceClass = null;
        try {
        // 加載目標類實現的接口到內存中
        interfaceClass = Class.forName(interfaceName, false, loader);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
        }
        if (interfaceClass != interfaces[i]) {
        throw new IllegalArgumentException(
            interfaces[i] + " is not visible from class loader");
        }

        // 中間省略了一些無關緊要的代碼 .......

        // 把目標類實現的接口代表的Class對象放到Set中
        interfaceSet.add(interfaceClass);

        interfaceNames[i] = interfaceName;
    }

    // 把目標類實現的接口名稱作爲緩存（Map）中的key
    Object key = Arrays.asList(interfaceNames);

    Map cache;

    synchronized (loaderToCache) {
        // 從緩存中獲取cache
        cache = (Map) loaderToCache.get(loader);
        if (cache == null) {
        // 如果獲取不到，則新建地個HashMap實例
        cache = new HashMap();
        // 把HashMap實例和當前加載器放到緩存中
        loaderToCache.put(loader, cache);
        }

    }

    synchronized (cache) {

        do {
        // 根據接口的名稱從緩存中獲取對象
        Object value = cache.get(key);
        if (value instanceof Reference) {
            proxyClass = (Class) ((Reference) value).get();
        }
        if (proxyClass != null) {
            // 如果代理對象的Class實例已經存在，則直接返回
            return proxyClass;
        } else if (value == pendingGenerationMarker) {
            try {
            cache.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            continue;
        } else {
            cache.put(key, pendingGenerationMarker);
            break;
        }
        } while (true);
    }

    try {
        // 中間省略了一些代碼 .......

        // 這裏就是動態生成代理對象的最關鍵的地方
        byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
            proxyName, interfaces);
        try {
            // 根據代理類的字節碼生成代理類的實例
            proxyClass = defineClass0(loader, proxyName,
            proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
        } catch (ClassFormatError e) {
            throw new IllegalArgumentException(e.toString());
        }
        }
        // add to set of all generated proxy classes, for isProxyClass
        proxyClasses.put(proxyClass, null);

    }
    // 中間省略了一些代碼 .......

    return proxyClass;
    }

進去ProxyGenerator類的靜態方法generateProxyClass，這裏是真正生成代理類class字節碼的地方。 

public static byte[] generateProxyClass(final String name,
                                           Class[] interfaces)
   {
       ProxyGenerator gen = new ProxyGenerator(name, interfaces);
    // 這裏動態生成代理類的字節碼，由於比較複雜就不進去看了
       final byte[] classFile = gen.generateClassFile();

    // 如果saveGeneratedFiles的值爲true，則會把所生成的代理類的字節碼保存到硬盤上
       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);
                   }
               }
           });
       }

    // 返回代理類的字節碼
       return classFile;
   }

現在，JDK是怎樣動態生成代理類的字節的原理已經一目瞭然了。 

好了，再來解決另外一個問題，那就是由誰來調用InvocationHandler的invoke方法的。要解決這個問題就要看一下JDK到底爲我們生成了一個什麼東西。用以下代碼可以獲取到JDK爲我們生成的字節碼並寫到硬盤中。 

package dynamic.proxy;

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

import sun.misc.ProxyGenerator;

/**
 * 代理類的生成工具
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 */
public class ProxyGeneratorUtils {

    /**
     * 把代理類的字節碼寫到硬盤上
     * @param path 保存路徑
     */
    public static void writeProxyClassToHardDisk(String path) {
        // 第一種方法，這種方式在剛纔分析ProxyGenerator時已經知道了
        // System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", true);

        // 第二種方法

        // 獲取代理類的字節碼
        byte[] classFile = ProxyGenerator.generateProxyClass("$Proxy11", UserServiceImpl.class.getInterfaces());

        FileOutputStream out = null;

        try {
            out = new FileOutputStream(path);
            out.write(classFile);
            out.flush();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                out.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

package dynamic.proxy;

import org.junit.Test;

/**
 * 動態代理測試類
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 *
 */
public class ProxyTest {

    @Test
    public void testProxy() throws Throwable {
        // 實例化目標對象
        UserService userService = new UserServiceImpl();

        // 實例化InvocationHandler
        MyInvocationHandler invocationHandler = new MyInvocationHandler(userService);

        // 根據目標對象生成代理對象
        UserService proxy = (UserService) invocationHandler.getProxy();

        // 調用代理對象的方法
        proxy.add();

    }

    @Test
    public void testGenerateProxyClass() {
        ProxyGeneratorUtils.writeProxyClassToHardDisk("F:/$Proxy11.class");
    }
}

通過以上代碼，就可以在F盤上生成一個$Proxy.class文件了，現在用反編譯工具來看一下這個class文件裏面的內容。 

// Decompiled by DJ v3.11.11.95 Copyright 2009 Atanas Neshkov  Date: 2012/8/9 20:11:32
// Home Page: http://members.fortunecity.com/neshkov/dj.html  http://www.neshkov.com/dj.html - Check often for new version!
// Decompiler options: packimports(3)

import dynamic.proxy.UserService;
import java.lang.reflect.*;

public final class $Proxy11 extends Proxy
    implements UserService
{

    // 構造方法，參數就是剛纔傳過來的MyInvocationHandler類的實例
    public $Proxy11(InvocationHandler invocationhandler)
    {
        super(invocationhandler);
    }

    public final boolean equals(Object obj)
    {
        try
        {
            return ((Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[] {
                obj
            })).booleanValue();
        }
        catch(Error _ex) { }
        catch(Throwable throwable)
        {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }

    /**
     * 這個方法是關鍵部分
     */
    public final void add()
    {
        try
        {
            // 實際上就是調用MyInvocationHandler的public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)方法，第二個問題就解決了
            super.h.invoke(this, m3, null);
            return;
        }
        catch(Error _ex) { }
        catch(Throwable throwable)
        {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }

    public final int hashCode()
    {
        try
        {
            return ((Integer)super.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
        }
        catch(Error _ex) { }
        catch(Throwable throwable)
        {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }

    public final String toString()
    {
        try
        {
            return (String)super.h.invoke(this, m2, null);
        }
        catch(Error _ex) { }
        catch(Throwable throwable)
        {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }

    private static Method m1;
    private static Method m3;
    private static Method m0;
    private static Method m2;

    // 在靜態代碼塊中獲取了4個方法：Object中的equals方法、UserService中的add方法、Object中的hashCode方法、Object中toString方法
    static
    {
        try
        {
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] {
                Class.forName("java.lang.Object")
            });
            m3 = Class.forName("dynamic.proxy.UserService").getMethod("add", new Class[0]);
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
        }
        catch(NoSuchMethodException nosuchmethodexception)
        {
            throw new NoSuchMethodError(nosuchmethodexception.getMessage());
        }
        catch(ClassNotFoundException classnotfoundexception)
        {
            throw new NoClassDefFoundError(classnotfoundexception.getMessage());
        }
    }
}

好了，到目前爲止，前面 的兩個問題都已經知道回事了，現在再用JDK動態代理的時候就不只會用而已了，真正的達到了“知其然，知其所以然”的目的。。。   

就寫到這了，累死了。。  

原文鏈接：http://rejoy.iteye.com/blog/1627405