前几天的时候,交流群里的小伙伴抛出了一个问题,为什么 JDK 的动态代理一定要基于接口实现呢?
好的安排,其实要想弄懂这个问题还是需要一些关于代理和反射的底层知识的,我们今天就盘一盘这个问题,走你~
一个简单的例子
在分析原因之前,我们先完整的看一下实现 jdk 动态代理需要几个步骤,首先需要定义一个接口:
public interface Worker {
void work();
}
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再写一个基于这个接口的实现类:
public class Programmer implements Worker {
@Override
public void work() {
System.out.println("coding...");
}
}
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自定义一个Handler
,实现InvocationHandler
接口,通过重写内部的invoke
方法实现逻辑增强。其实这个InvocationHandler
可以使用匿名内部类的形式定义,这里为了结构清晰拿出来单独声明。
public class WorkHandler implements InvocationHandler {
private Object target;
WorkHandler(Object target){
this.target = target;
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
if (method.getName().equals("work")) {
System.out.println("before work...");
Object result = method.invoke(target, args);
System.out.println("after work...");
return result;
}
return method.invoke(target, args);
}
}
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在main
方法中进行测试,使用Proxy
类的静态方法newProxyInstance
生成一个代理对象并调用方法:
public static void main(String[] args) {
Programmer programmer = new Programmer();
Worker worker = (Worker) Proxy.newProxyInstance(
programmer.getClass().getClassLoader(),
programmer.getClass().getInterfaces(),
new WorkHandler(programmer));
worker.work();
}
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执行上面的代码,输出:
before work...
coding...
after work...
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可以看到,执行了方法逻辑的增强,到这,一个简单的动态代理过程就实现了,下面我们分析一下源码。
Proxy 源码解析
既然是一个代理的过程,那么肯定存在原生对象和代理对象之分,下面我们查看源码中是如何动态的创建代理对象的过程。上面例子中,创建代理对象调用的是Proxy
类的静态方法newProxyInstance
,查看一下源码:
@CallerSensitive
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);
}
/*
* Look up or generate the designated proxy class.
*/
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
/*
* Invoke its constructor with the designated invocation handler.
*/
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<Void>() {
public Void run() {
cons.setAccessible(true);
return null;
}
});
}
return cons.newInstance(new Object[]{h});
}//省略catch
}
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概括一下上面代码中重点部分:
在checkProxyAccess
方法中,进行参数验证
在getProxyClass0
方法中,生成一个代理类Class
或者寻找已生成过的代理类的缓存
通过getConstructor
方法,获取生成的代理类的构造方法
通过newInstance
方法,生成实例对象,也就是最终的代理对象
上面这个过程中,获取构造方法和生成对象都是直接利用的反射,而需要重点看看的是生成代理类的方法getProxyClass0
。
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
Class<?>... interfaces) {
if (interfaces.length > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
}
// If the proxy class defined by the given loader implementing
// the given interfaces exists, this will simply return the cached copy;
// otherwise, it will create the proxy class via the ProxyClassFactory
return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}
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注释写的非常清晰,如果缓存中已经存在了就直接从缓存中取,这里的proxyClassCache
是一个WeakCache
类型,如果缓存中目标classLoader
和接口数组对应的类已经存在,那么返回缓存的副本。如果没有就使用ProxyClassFactory
去生成 Class 对象。中间的调用流程可以省略,最终实际调用了ProxyClassFactory
的apply
方法生成 Class。在apply
方法中,主要做了下面 3 件事。
if (proxyPkg == null) {
// if no non-public proxy interfaces, use com.sun.proxy package
proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
}
/*
* Choose a name for the proxy class to generate.
*/
long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
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如果接口被定义为public
公有,那么默认会使用com.sun.proxy
作为包名,类名是$Proxy
加上一个自增的整数值,初始时是 0,因此生成的文件名是$Proxy0
。
如果是非公有接口,那么会使用和被代理类一样的包名,可以写一个private
接口的例子进行一下测试。
package com.hydra.test.face;
public class InnerTest {
private interface InnerInterface {
void run();
}
class InnerClazz implements InnerInterface {
@Override
public void run() {
System.out.println("go");
}
}
}
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这时生成的代理类的包名为com.hydra.test.face
,与被代理类相同:
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
proxyName, interfaces, accessFlags);
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在generateProxyClass
方法中,有一个重要的参数会发挥作用:
private static final boolean saveGeneratedFiles = (Boolean)AccessController.doPrivileged(new GetBooleanAction("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles"));
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如果这个属性被配置为true
,那么会把字节码存储到硬盘上的 class 文件中,否则不会保存临时的字节码文件。
return defineClass0(loader, proxyName,
proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
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返回代理类的 Class 后的流程我们在前面就已经介绍过了,先获得构造方法,再使用构造方法反射的方式创建代理对象。
神秘的代理对象
创建代理对象流程的源码分析完了,我们可以先通过 debug 来看看上面生成的这个代理对象究竟是个什么:
和源码中看到的规则一样,是一个 Class 为$Proxy0
的神秘对象,再看一下代理对象的 Class 的详细信息:
类的全限定名是com.sun.proxy.$Proxy0
,在上面我们提到过,这个类是在运行过程中动态生成的,并且程序执行完成后,会自动删除掉 class 文件。如果想要保留这个临时文件不被删除,就要修改我们上面提到的参数,具体操作起来有两种方式,第一种是在启动VM
参数中加入:
-Dsun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles=true
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第二种是在代码中加入下面这一句,注意要加在生成动态代理对象之前:
System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
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使用了上面两种方式中的任意一种后,就可以保存下来临时的字节码文件了,需要注意这个文件生成的位置,并不是在target
目录下,而是生成在项目目录下的com\sun\proxy
中,正好和默认生成的包名对应。
拿到字节码文件后,就可以使用反编译工具来反编译它了,这里使用jad
在 cmd 下一条命令直接搞定:
jad -s java $Proxy0.class
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看一下反编译后$Proxy0.java
文件的内容,下面的代码中,我只保留了核心部分,省略了无关紧要的equals
、toString
、hashCode
方法的定义。
public final class $Proxy0 extends Proxy implements Worker{
public $Proxy0(InvocationHandler invocationhandler){
super(invocationhandler);
}
public final void work(){
try{
super.h.invoke(this, m3, null);
return;
}catch(Error _ex) { }
catch(Throwable throwable){
throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
}
}
private static Method m3;
static {
try{
m3 = Class.forName("com.hydra.test.Worker").getMethod("work", new Class[0]);
//省略其他Method
}//省略catch
}
}
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这个临时生成的代理类$Proxy0
中主要做了下面的几件事:
在这个类的静态代码块中,通过反射初始化了多个静态方法Method
变量,除了接口中的方法还有equals
、toString
、hashCode
这三个方法
继承父类Proxy
,实例化的过程中会调用父类的构造方法,构造方法中传入的invocationHandler
对象实际上就是我们自定义的WorkHandler
的实例
实现了自定义的接口Worker
,并重写了work
方法,方法内调用了InvocationHandler
的invoke
方法,也就是实际上调用了WorkHandler
的invoke
方法
省略的equals
、toString
、hashCode
方法实现也一样,都是调用super.h.invoke()
方法
到这里,整体的流程就分析完了,我们可以用一张图来简要总结上面的过程:
为什么要有接口?
通过上面的分析,我们已经知道了代理对象是如何生成的了,那么回到开头的问题,为什么 jdk 的动态代理一定要基于接口呢?
其实如果不看上面的分析,我们也应该知道,要扩展一个类有常见的两种方式,继承父类或实现接口。这两种方式都允许我们对方法的逻辑进行增强,但现在不是由我们自己来重写方法,而是要想办法让 jvm 去调用InvocationHandler
中的invoke
方法,也就是说代理类需要和两个东西关联在一起:
而 jdk 处理这个问题的方式是选择继承父类Proxy
,并把InvocationHandler
存在父类的对象中:
public class Proxy implements java.io.Serializable {
protected InvocationHandler h;
protected Proxy(InvocationHandler h) {
Objects.requireNonNull(h);
this.h = h;
}
//...
}
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通过父类Proxy
的构造方法,保存了创建代理对象过程中传进来的InvocationHandler
的实例,使用protected
修饰保证了它可以在子类中被访问和使用。但是同时,因为 java 是单继承的,因此在继承了Proxy
后,只能通过实现目标接口的方式来实现方法的扩展,达到我们增强目标方法逻辑的目的。
扯点别的
其实看完源码、弄明白代理对象生成的流程后,我们还可以用另一种方法实现动态代理:
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<?> proxyClass = Proxy.getProxyClass(Test3.class.getClassLoader(), Worker.class);
Constructor<?> constructor = proxyClass.getConstructor(InvocationHandler.class);
InvocationHandler workHandler = new WorkHandler(new Programmer());
Worker worker = (Worker) constructor.newInstance(workHandler);
worker.work();
}
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运行结果与之前相同,这种写法其实就是抽出了我们前面介绍的几个核心方法,中间省略了一些参数的校验过程,这种方式可以帮助大家熟悉 jdk 动态代理原理,但是在使用过程中还是建议大家使用标准方式,相对更加安全规范。
总结
本文从源码以及实验的角度,分析了 jdk 动态代理生成代理对象的流程,通过代理类的实现原理分析了为什么 jdk 动态代理一定要基于接口实现。总的来说,jdk 动态代理的应用还是非常广泛的,例如在 Spring、Mybatis 以及 Feign 等很多框架中动态代理都被大量的使用,可以说学好 jdk 动态代理,对于我们阅读这些框架的底层源码还是很有帮助的。
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