cglib源码分析（四）：cglib 动态代理原理分析

本文分下面三个部分来分析cglib动态代理的原理。

1. cglib 动态代理示例
2. 代理类分析
3. Fastclass 机制分析

 一、cglib 动态代理示例  

 1 public class Target{
 2     public void f(){
 3         System.out.println("Target f()");
 4     }
 5     public void g(){
 6         System.out.println("Target g()");
 7     }
 8 }
 9 
10 public class Interceptor implements MethodInterceptor {
11     @Override
12     public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,    MethodProxy proxy) throws Throwable {
13         System.out.println("I am intercept begin");
14 //Note: 此处一定要使用proxy的invokeSuper方法来调用目标类的方法
15         proxy.invokeSuper(obj, args);
16         System.out.println("I am intercept end");
17         return null;
18     }
19 }
20 
21 public class Test {
22     public static void main(String[] args) {
23     System.setProperty(DebuggingClassWriter.DEBUG_LOCATION_PROPERTY, "F:\\code");
24          //实例化一个增强器，也就是cglib中的一个class generator
25         Enhancer eh = new Enhancer();
26          //设置目标类
27         eh.setSuperclass(Target.class);
28         // 设置拦截对象
29         eh.setCallback(new Interceptor());
30         // 生成代理类并返回一个实例
31         Target t = (Target) eh.create();
32         t.f();
33         t.g();
34     }
35 }

 

运行结果为：

I am intercept begin
Target f()
I am intercept end
I am intercept begin
Target g()
I am intercept end

 

与JDK动态代理相比，cglib可以实现对一般类的代理而无需实现接口。在上例中通过下列步骤来生成目标类Target的代理类：

1. 创建Enhancer实例
2. 通过setSuperclass方法来设置目标类
3. 通过setCallback 方法来设置拦截对象
4. create方法生成Target的代理类，并返回代理类的实例

二、代理类分析

      在示例代码中我们通过设置DebuggingClassWriter.DEBUG_LOCATION_PROPERTY的属性值来获取cglib生成的代理类。通过之前分析的命名规则我们可以很容易的在F:\\code下面找到生成的代理类 Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0.class 。

使用jd-gui进行反编译（由于版本的问题，此处只能显示部分代码，可以结合javap的反编译结果来进行分析），由于cglib会代理Object中的finalize,equals, toString,hashCode,clone方法，为了清晰的展示代理类我们省略这部分代码，反编译的结果如下：

 1 public class Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0 extends Target implements Factory
 2 {
 3     private boolean CGLIB$BOUND;
 4     private static final ThreadLocal CGLIB$THREAD_CALLBACKS;
 5     private static final Callback[] CGLIB$STATIC_CALLBACKS;
 6     private MethodInterceptor CGLIB$CALLBACK_0;
 7     private static final Method CGLIB$g$0$Method;
 8     private static final MethodProxy CGLIB$g$0$Proxy;
 9     private static final Object[] CGLIB$emptyArgs;
10     private static final Method CGLIB$f$1$Method;
11     private static final MethodProxy CGLIB$f$1$Proxy;
12     
13     static void CGLIB$STATICHOOK1()
14     {
15       CGLIB$THREAD_CALLBACKS = new ThreadLocal();
16       CGLIB$emptyArgs = new Object[0];
17       Class localClass1 = Class.forName("net.sf.cglib.test.Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0");
18       Class localClass2;
19       Method[] tmp60_57 = ReflectUtils.findMethods(new String[] { "g", "()V", "f", "()V" }, (localClass2 = Class.forName("net.sf.cglib.test.Target")).getDeclaredMethods());
20       CGLIB$g$0$Method = tmp60_57[0];
21       CGLIB$g$0$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()V", "g", "CGLIB$g$0");
22       CGLIB$f$1$Method = tmp60_57[1];
23       CGLIB$f$1$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()V", "f", "CGLIB$f$1");
25     }
26     
27     final void CGLIB$g$0()
28     {
29       super.g();
30     }
31     
32     public final void g()
33     {
34       MethodInterceptor tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
35       if (tmp4_1 == null)
36       {
37           CGLIB$BIND_CALLBACKS(this);
38           tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
39       }
40       if (this.CGLIB$CALLBACK_0 != null) {
41           tmp4_1.intercept(this, CGLIB$g$0$Method, CGLIB$emptyArgs, CGLIB$g$0$Proxy);
42       }
43       else{
44           super.g();
45       }
46     }
47 }

 

      代理类（Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0）继承了目标类（Target），至于代理类实现的factory接口与本文无关，残忍无视。代理类为每个目标类的方法生成两个方法，例如针对目标类中的每个非private方法，代理类会生成两个方法，以g方法为例：一个是@Override的g方法，一个是CGLIB$g$0（CGLIB$g$0相当于目标类的g方法）。我们在示例代码中调用目标类的方法t.g()时，实际上调用的是代理类中的g()方法。接下来我们着重分析代理类中的g方法，看看是怎么实现的代理功能。

      当调用代理类的g方法时，先判断是否已经存在实现了MethodInterceptor接口的拦截对象，如果没有的话就调用CGLIB$BIND_CALLBACKS方法来获取拦截对象，CGLIB$BIND_CALLBACKS的反编译结果如下：

private static final void CGLIB$BIND_CALLBACKS(java.lang.Object);
  Code:
   0:   aload_0
   1:   checkcast       #2; //class net/sf/cglib/test/Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0
   4:   astore_1
   5:   aload_1
   6:   getfield        #212; //Field CGLIB$BOUND:Z
   9:   ifne    52
   12:  aload_1
   13:  iconst_1
   14:  putfield        #212; //Field CGLIB$BOUND:Z
   17:  getstatic       #24; //Field CGLIB$THREAD_CALLBACKS:Ljava/lang/ThreadLocal;
   20:  invokevirtual   #215; //Method java/lang/ThreadLocal.get:()Ljava/lang/Object;
   23:  dup
   24:  ifnonnull       39
   27:  pop
   28:  getstatic       #210; //Field CGLIB$STATIC_CALLBACKS:[Lnet/sf/cglib/proxy/Callback;
   31:  dup
   32:  ifnonnull       39
   35:  pop
   36:  goto    52
   39:  checkcast       #216; //class "[Lnet/sf/cglib/proxy/Callback;"
   42:  aload_1
   43:  swap
   44:  iconst_0
   45:  aaload
   46:  checkcast       #48; //class net/sf/cglib/proxy/MethodInterceptor
   49:  putfield        #36; //Field CGLIB$CALLBACK_0:Lnet/sf/cglib/proxy/MethodInterceptor;
   52:  return

为了方便阅读，等价的代码如下：

private static final void CGLIB$BIND_CALLBACKS(Object o){
        Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0 temp_1 = (Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0)o;
        Object temp_2;
        Callback[] temp_3
        if(temp_1.CGLIB$BOUND == true){
            return;
        }
        temp_1.CGLIB$BOUND = true;
        temp_2 = CGLIB$THREAD_CALLBACKS.get();
        if(temp_2!=null){
            temp_3 = (Callback[])temp_2;
        }
        else if(CGLIB$STATIC_CALLBACKS!=null){
            temp_3 = CGLIB$STATIC_CALLBACKS;
        }
        else{
            return;
        }
        temp_1.CGLIB$CALLBACK_0 = (MethodInterceptor)temp_3[0];
        return；
    }

CGLIB$BIND_CALLBACKS 先从CGLIB$THREAD_CALLBACKS中get拦截对象，如果获取不到的话，再从CGLIB$STATIC_CALLBACKS来获取，如果也没有则认为该方法不需要代理。

那么拦截对象是如何设置到CGLIB$THREAD_CALLBACKS 或者 CGLIB$STATIC_CALLBACKS中的呢？

在Jdk动态代理中拦截对象是在实例化代理类时由构造函数传入的，在cglib中是调用Enhancer的firstInstance方法来生成代理类实例并设置拦截对象的。firstInstance的调用轨迹为：

1. Enhancer：firstInstance
2. Enhancer：createUsingReflection
3. Enhancer：setThreadCallbacks
4. Enhancer：setCallbacksHelper
5. Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0 ： CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS

 在第5步，调用了代理类的CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS来完成拦截对象的注入。下面我们看一下CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS的反编译结果：

public static void CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS(net.sf.cglib.proxy.Callback[]);
  Code:
   0:   getstatic       #24; //Field CGLIB$THREAD_CALLBACKS:Ljava/lang/ThreadLocal;
   3:   aload_0
   4:   invokevirtual   #207; //Method java/lang/ThreadLocal.set:(Ljava/lang/Object;)V
   7:   return

在CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS方法中调用了CGLIB$THREAD_CALLBACKS的set方法来保存拦截对象，在CGLIB$BIND_CALLBACKS方法中使用了CGLIB$THREAD_CALLBACKS的get方法来获取拦截对象，并保存到CGLIB$CALLBACK_0中。这样，在我们调用代理类的g方法时，就可以获取到我们设置的拦截对象，然后通过  tmp4_1.intercept(this, CGLIB$g$0$Method, CGLIB$emptyArgs, CGLIB$g$0$Proxy)  来实现代理。这里来解释一下intercept方法的参数含义：

@para1 obj ：代理对象本身

@para2 method ： 被拦截的方法对象

@para3 args：方法调用入参

@para4 proxy：用于调用被拦截方法的方法代理对象

这里会有一个疑问，为什么不直接反射调用代理类生成的（CGLIB$g$0）来间接调用目标类的被拦截方法，而使用proxy的invokeSuper方法呢？这里就涉及到了另外一个点— FastClass 。

三、Fastclass 机制分析

     Jdk动态代理的拦截对象是通过反射的机制来调用被拦截方法的，反射的效率比较低，所以cglib采用了FastClass的机制来实现对被拦截方法的调用。FastClass机制就是对一个类的方法建立索引，通过索引来直接调用相应的方法，下面用一个小例子来说明一下，这样比较直观：

public class test10 {
    public static void main(String[] args){
        Test tt = new Test();
        Test2 fc = new Test2();
        int index = fc.getIndex("f()V");
        fc.invoke(index, tt, null);
    }
}

class Test{
    public void f(){
        System.out.println("f method");
    }
    
    public void g(){
        System.out.println("g method");
    }
}
class Test2{
    public Object invoke(int index, Object o, Object[] ol){
        Test t = (Test) o;
        switch(index){
        case 1:
            t.f();
            return null;
        case 2:
            t.g();
            return null;
        }
        return null;
    }
    
    public int getIndex(String signature){
        switch(signature.hashCode()){
        case 3078479:
            return 1;
        case 3108270:
            return 2;
        }
        return -1;
    }
}

 

上例中，Test2是Test的Fastclass，在Test2中有两个方法getIndex和invoke。在getIndex方法中对Test的每个方法建立索引，并根据入参（方法名+方法的描述符）来返回相应的索引。Invoke根据指定的索引，以ol为入参调用对象O的方法。这样就避免了反射调用，提高了效率。代理类（Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0）中与生成Fastclass相关的代码如下：

Class localClass1 = Class.forName("net.sf.cglib.test.Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0");
localClass2 = Class.forName("net.sf.cglib.test.Target");
CGLIB$g$0$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()V", "g", "CGLIB$g$0");

 

MethodProxy中会对localClass1和localClass2进行分析并生成FastClass，然后再使用getIndex来获取方法g 和 CGLIB$g$0的索引，具体的生成过程将在后续进行介绍，这里介绍一个关键的内部类：

 private static class FastClassInfo
    {
        FastClass f1; // net.sf.cglib.test.Target的fastclass
        FastClass f2; // Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0 的fastclass
        int i1; //方法g在f1中的索引
        int i2; //方法CGLIB$g$0在f2中的索引
    }

MethodProxy 中invokeSuper方法的代码如下：

    FastClassInfo fci = fastClassInfo;
    return fci.f2.invoke(fci.i2, obj, args);

 

当调用invokeSuper方法时，实际上是调用代理类的CGLIB$g$0方法，CGLIB$g$0直接调用了目标类的g方法。所以，在第一节示例代码中我们使用invokeSuper方法来调用被拦截的目标类方法。

至此，我们已经了解cglib动态代理的工作原理，接下来会对cglib的相关源码进行分析。