JDK动态代理实现原理

之前虽然会用JDK的动态代理，但是有些问题却一直没有搞明白。比如说：InvocationHandler的invoke方法是由谁来调用的，代理对象是怎么生成的，直到前几个星期才把这些问题全部搞明白了。 
    废话不多说了，先来看一下JDK的动态是怎么用的。 

Java代码  

1. package dynamic.proxy;   
2.   
3. import java.lang.reflect.InvocationHandler;  
4. import java.lang.reflect.Method;  
5. import java.lang.reflect.Proxy;  
6.   
7. /** 
8.  * 实现自己的InvocationHandler 
9.  * @author zyb 
10.  * @since 2012-8-9 
11.  * 
12.  */  
13. public class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {  
14.       
15.     // 目标对象   
16.     private Object target;  
17.       
18.     /** 
19.      * 构造方法 
20.      * @param target 目标对象  
21.      */  
22.     public MyInvocationHandler(Object target) {  
23.         super();  
24.         this.target = target;  
25.     }  
26.   
27.   
28.     /** 
29.      * 执行目标对象的方法 
30.      */  
31.     public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {  
32.           
33.         // 在目标对象的方法执行之前简单的打印一下  
34.         System.out.println("------------------before------------------");  
35.           
36.         // 执行目标对象的方法  
37.         Object result = method.invoke(target, args);  
38.           
39.         // 在目标对象的方法执行之后简单的打印一下  
40.         System.out.println("-------------------after------------------");  
41.           
42.         return result;  
43.     }  
44.   
45.     /** 
46.      * 获取目标对象的代理对象 
47.      * @return 代理对象 
48.      */  
49.     public Object getProxy() {  
50.         return Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(),   
51.                 target.getClass().getInterfaces(), this);  
52.     }  
53. }  
54.   
55. package dynamic.proxy;  
56.   
57. /** 
58.  * 目标对象实现的接口，用JDK来生成代理对象一定要实现一个接口 
59.  * @author zyb 
60.  * @since 2012-8-9 
61.  * 
62.  */  
63. public interface UserService {  
64.   
65.     /** 
66.      * 目标方法  
67.      */  
68.     public abstract void add();  
69.   
70. }  
71.   
72. package dynamic.proxy;   
73.   
74. /** 
75.  * 目标对象 
76.  * @author zyb 
77.  * @since 2012-8-9 
78.  * 
79.  */  
80. public class UserServiceImpl implements UserService {  
81.   
82.     /* (non-Javadoc) 
83.      * @see dynamic.proxy.UserService#add() 
84.      */  
85.     public void add() {  
86.         System.out.println("--------------------add---------------");  
87.     }  
88. }  
89.   
90. package dynamic.proxy;   
91.   
92. import org.junit.Test;  
93.   
94. /** 
95.  * 动态代理测试类 
96.  * @author zyb 
97.  * @since 2012-8-9 
98.  * 
99.  */  
100. public class ProxyTest {  
101.   
102.     @Test   
103.     public void testProxy() throws Throwable {  
104.         // 实例化目标对象  
105.         UserService userService = new UserServiceImpl();  
106.           
107.         // 实例化InvocationHandler  
108.         MyInvocationHandler invocationHandler = new MyInvocationHandler(userService);  
109.           
110.         // 根据目标对象生成代理对象  
111.         UserService proxy = (UserService) invocationHandler.getProxy();  
112.           
113.         // 调用代理对象的方法  
114.         proxy.add();  
115.           
116.     }  
117. }  

执行结果如下： 
------------------before------------------ 
--------------------add--------------- 
-------------------after------------------  

   用起来是很简单吧，其实这里基本上就是AOP的一个简单实现了，在目标对象的方法执行之前和执行之后进行了增强。Spring的AOP实现其实也是用了Proxy和InvocationHandler这两个东西的。 

    用起来是比较简单，但是如果能知道它背后做了些什么手脚，那就更好不过了。首先来看一下JDK是怎样生成代理对象的。既然生成代理对象是用的Proxy类的静态方newProxyInstance，那么我们就去它的源码里看一下它到底都做了些什么？ 

Java代码  

1. /** 
2.  * loader:类加载器 
3.  * interfaces:目标对象实现的接口 
4.  * h:InvocationHandler的实现类 
5.  */  
6. public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,  
7.                       Class<?>[] interfaces,  
8.                       InvocationHandler h)  
9.     throws IllegalArgumentException  
10.     {  
11.     if (h == null) {  
12.         throw new NullPointerException();  
13.     }  
14.   
15.     /* 
16.      * Look up or generate the designated proxy class. 
17.      */  
18.     Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);  
19.   
20.     /* 
21.      * Invoke its constructor with the designated invocation handler. 
22.      */  
23.     try {  
24.             // 调用代理对象的构造方法（也就是$Proxy0(InvocationHandler h)）  
25.         Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);  
26.             // 生成代理类的实例并把MyInvocationHandler的实例传给它的构造方法  
27.         return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });  
28.     } catch (NoSuchMethodException e) {  
29.         throw new InternalError(e.toString());  
30.     } catch (IllegalAccessException e) {  
31.         throw new InternalError(e.toString());  
32.     } catch (InstantiationException e) {  
33.         throw new InternalError(e.toString());  
34.     } catch (InvocationTargetException e) {  
35.         throw new InternalError(e.toString());  
36.     }  
37.     }  

   我们再进去getProxyClass方法看一下 

Java代码  

1. public static Class<?> getProxyClass(ClassLoader loader,   
2.                                          Class<?>... interfaces)  
3.     throws IllegalArgumentException  
4.     {  
5.     // 如果目标类实现的接口数大于65535个则抛出异常（我XX，谁会写这么NB的代码啊？）  
6.     if (interfaces.length > 65535) {  
7.         throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");  
8.     }  
9.   
10.     // 声明代理对象所代表的Class对象（有点拗口）  
11.     Class proxyClass = null;  
12.   
13.     String[] interfaceNames = new String[interfaces.length];  
14.   
15.     Set interfaceSet = new HashSet();   // for detecting duplicates  
16.   
17.     // 遍历目标类所实现的接口  
18.     for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {  
19.           
20.         // 拿到目标类实现的接口的名称  
21.         String interfaceName = interfaces[i].getName();  
22.         Class interfaceClass = null;  
23.         try {  
24.         // 加载目标类实现的接口到内存中  
25.         interfaceClass = Class.forName(interfaceName, false, loader);  
26.         } catch (ClassNotFoundException e) {  
27.         }  
28.         if (interfaceClass != interfaces[i]) {  
29.         throw new IllegalArgumentException(  
30.             interfaces[i] + " is not visible from class loader");  
31.         }  
32.   
33.         // 中间省略了一些无关紧要的代码 .......  
34.           
35.         // 把目标类实现的接口代表的Class对象放到Set中  
36.         interfaceSet.add(interfaceClass);  
37.   
38.         interfaceNames[i] = interfaceName;  
39.     }  
40.   
41.     // 把目标类实现的接口名称作为缓存（Map）中的key  
42.     Object key = Arrays.asList(interfaceNames);  
43.   
44.     Map cache;  
45.       
46.     synchronized (loaderToCache) {  
47.         // 从缓存中获取cache  
48.         cache = (Map) loaderToCache.get(loader);  
49.         if (cache == null) {  
50.         // 如果获取不到，则新建地个HashMap实例  
51.         cache = new HashMap();  
52.         // 把HashMap实例和当前加载器放到缓存中  
53.         loaderToCache.put(loader, cache);  
54.         }  
55.   
56.     }  
57.   
58.     synchronized (cache) {  
59.   
60.         do {  
61.         // 根据接口的名称从缓存中获取对象  
62.         Object value = cache.get(key);  
63.         if (value instanceof Reference) {  
64.             proxyClass = (Class) ((Reference) value).get();  
65.         }  
66.         if (proxyClass != null) {  
67.             // 如果代理对象的Class实例已经存在，则直接返回  
68.             return proxyClass;  
69.         } else if (value == pendingGenerationMarker) {  
70.             try {  
71.             cache.wait();  
72.             } catch (InterruptedException e) {  
73.             }  
74.             continue;  
75.         } else {  
76.             cache.put(key, pendingGenerationMarker);  
77.             break;  
78.         }  
79.         } while (true);  
80.     }  
81.   
82.     try {  
83.         // 中间省略了一些代码 .......  
84.           
85.         // 这里就是动态生成代理对象的最关键的地方  
86.         byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(  
87.             proxyName, interfaces);  
88.         try {  
89.             // 根据代理类的字节码生成代理类的实例  
90.             proxyClass = defineClass0(loader, proxyName,  
91.             proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);  
92.         } catch (ClassFormatError e) {  
93.             throw new IllegalArgumentException(e.toString());  
94.         }  
95.         }  
96.         // add to set of all generated proxy classes, for isProxyClass  
97.         proxyClasses.put(proxyClass, null);  
98.   
99.     }   
100.     // 中间省略了一些代码 .......  
101.       
102.     return proxyClass;  
103.     }  

进去ProxyGenerator类的静态方法generateProxyClass，这里是真正生成代理类class字节码的地方。 

Java代码  

1. public static byte[] generateProxyClass(final String name,  
2.                                            Class[] interfaces)  
3.    {  
4.        ProxyGenerator gen = new ProxyGenerator(name, interfaces);  
5.     // 这里动态生成代理类的字节码，由于比较复杂就不进去看了  
6.        final byte[] classFile = gen.generateClassFile();  
7.   
8.     // 如果saveGeneratedFiles的值为true，则会把所生成的代理类的字节码保存到硬盘上  
9.        if (saveGeneratedFiles) {  
10.            java.security.AccessController.doPrivileged(  
11.            new java.security.PrivilegedAction<Void>() {  
12.                public Void run() {  
13.                    try {  
14.                        FileOutputStream file =  
15.                            new FileOutputStream(dotToSlash(name) + ".class");  
16.                        file.write(classFile);  
17.                        file.close();  
18.                        return null;  
19.                    } catch (IOException e) {  
20.                        throw new InternalError(  
21.                            "I/O exception saving generated file: " + e);  
22.                    }  
23.                }  
24.            });  
25.        }  
26.   
27.     // 返回代理类的字节码  
28.        return classFile;  
29.    }  

现在，JDK是怎样动态生成代理类的字节的原理已经一目了然了。 

好了，再来解决另外一个问题，那就是由谁来调用InvocationHandler的invoke方法的。要解决这个问题就要看一下JDK到底为我们生成了一个什么东西。用以下代码可以获取到JDK为我们生成的字节码并写到硬盘中。 

Java代码  

1. package dynamic.proxy;   
2.   
3. import java.io.FileOutputStream;  
4. import java.io.IOException;  
5.   
6. import sun.misc.ProxyGenerator;  
7.   
8. /** 
9.  * 代理类的生成工具 
10.  * @author zyb 
11.  * @since 2012-8-9 
12.  */  
13. public class ProxyGeneratorUtils {  
14.   
15.     /** 
16.      * 把代理类的字节码写到硬盘上 
17.      * @param path 保存路径 
18.      */  
19.     public static void writeProxyClassToHardDisk(String path) {  
20.         // 第一种方法，这种方式在刚才分析ProxyGenerator时已经知道了  
21.         // System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", true);  
22.           
23.         // 第二种方法  
24.           
25.         // 获取代理类的字节码  
26.         byte[] classFile = ProxyGenerator.generateProxyClass("$Proxy11", UserServiceImpl.class.getInterfaces());  
27.           
28.         FileOutputStream out = null;  
29.           
30.         try {  
31.             out = new FileOutputStream(path);  
32.             out.write(classFile);  
33.             out.flush();  
34.         } catch (Exception e) {  
35.             e.printStackTrace();  
36.         } finally {  
37.             try {  
38.                 out.close();  
39.             } catch (IOException e) {  
40.                 e.printStackTrace();  
41.             }  
42.         }  
43.     }  
44. }  
45.   
46. package dynamic.proxy;   
47.   
48. import org.junit.Test;  
49.   
50. /** 
51.  * 动态代理测试类 
52.  * @author zyb 
53.  * @since 2012-8-9 
54.  * 
55.  */  
56. public class ProxyTest {  
57.   
58.     @Test   
59.     public void testProxy() throws Throwable {  
60.         // 实例化目标对象  
61.         UserService userService = new UserServiceImpl();  
62.           
63.         // 实例化InvocationHandler  
64.         MyInvocationHandler invocationHandler = new MyInvocationHandler(userService);  
65.           
66.         // 根据目标对象生成代理对象  
67.         UserService proxy = (UserService) invocationHandler.getProxy();  
68.           
69.         // 调用代理对象的方法  
70.         proxy.add();  
71.           
72.     }  
73.       
74.     @Test   
75.     public void testGenerateProxyClass() {  
76.         ProxyGeneratorUtils.writeProxyClassToHardDisk("F:/$Proxy11.class");  
77.     }  
78. }  

通过以上代码，就可以在F盘上生成一个$Proxy.class文件了，现在用反编译工具来看一下这个class文件里面的内容。 

Java代码  

1. // Decompiled by DJ v3.11.11.95 Copyright 2009 Atanas Neshkov  Date: 2012/8/9 20:11:32  
2. // Home Page: http://members.fortunecity.com/neshkov/dj.html  http://www.neshkov.com/dj.html - Check often for new version!  
3. // Decompiler options: packimports(3)   
4.   
5. import dynamic.proxy.UserService;  
6. import java.lang.reflect.*;  
7.   
8. public final class $Proxy11 extends Proxy  
9.     implements UserService  
10. {  
11.   
12.     // 构造方法，参数就是刚才传过来的MyInvocationHandler类的实例  
13.     public $Proxy11(InvocationHandler invocationhandler)  
14.     {  
15.         super(invocationhandler);  
16.     }  
17.   
18.     public final boolean equals(Object obj)  
19.     {  
20.         try  
21.         {  
22.             return ((Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[] {  
23.                 obj  
24.             })).booleanValue();  
25.         }  
26.         catch(Error _ex) { }  
27.         catch(Throwable throwable)  
28.         {  
29.             throw new UndeclaredThrowableException(throwable);  
30.         }  
31.     }  
32.   
33.     /** 
34.      * 这个方法是关键部分 
35.      */  
36.     public final void add()  
37.     {  
38.         try  
39.         {  
40.             // 实际上就是调用MyInvocationHandler的public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)方法，第二个问题就解决了  
41.             super.h.invoke(this, m3, null);  
42.             return;  
43.         }  
44.         catch(Error _ex) { }  
45.         catch(Throwable throwable)  
46.         {  
47.             throw new UndeclaredThrowableException(throwable);  
48.         }  
49.     }  
50.   
51.     public final int hashCode()  
52.     {  
53.         try  
54.         {  
55.             return ((Integer)super.h.invoke(this, m0, null)).intValue();  
56.         }  
57.         catch(Error _ex) { }  
58.         catch(Throwable throwable)  
59.         {  
60.             throw new UndeclaredThrowableException(throwable);  
61.         }  
62.     }  
63.   
64.     public final String toString()  
65.     {  
66.         try  
67.         {  
68.             return (String)super.h.invoke(this, m2, null);  
69.         }  
70.         catch(Error _ex) { }  
71.         catch(Throwable throwable)  
72.         {  
73.             throw new UndeclaredThrowableException(throwable);  
74.         }  
75.     }  
76.   
77.     private static Method m1;  
78.     private static Method m3;  
79.     private static Method m0;  
80.     private static Method m2;  
81.   
82.     // 在静态代码块中获取了4个方法：Object中的equals方法、UserService中的add方法、Object中的hashCode方法、Object中toString方法  
83.     static   
84.     {  
85.         try  
86.         {  
87.             m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] {  
88.                 Class.forName("java.lang.Object")  
89.             });  
90.             m3 = Class.forName("dynamic.proxy.UserService").getMethod("add", new Class[0]);  
91.             m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);  
92.             m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);  
93.         }  
94.         catch(NoSuchMethodException nosuchmethodexception)  
95.         {  
96.             throw new NoSuchMethodError(nosuchmethodexception.getMessage());  
97.         }  
98.         catch(ClassNotFoundException classnotfoundexception)  
99.         {  
100.             throw new NoClassDefFoundError(classnotfoundexception.getMessage());  
101.         }  
102.     }  
103. }  

好了，到目前为止，前面 的两个问题都已经知道回事了，现在再用JDK动态代理的时候就不只会用而已了，真正的达到了“知其然，知其所以然”的目的。。。      

就写到这了，累死了。。