摘要:动态代理深度解析引言说起动态代理,很多人可能都没有直接去使用过。因为的动态代理只能代理接口,而不能代理原始的类。接下来是真正压轴的环节,实现自己的动态代理类。
Java动态代理深度解析 引言
说起动态代理,很多人可能都没有直接去使用过。但是只要用过Spring,那动态代理就是一个是个绕不过的坎,因为Spring的核心特性之一AOP就是基于动态代理来实现的,那么什么情况下需要用到动态代理呢?
场景考虑这样一个教师的接口:
public interface Teacher { void teach(); }
假设我们有一个TeacherChan的实现类,陈老师教的是摄影:
public class TeacherChan implements Teacher { @Override public void teach() { System.out.println("大家好,我是陈老师,我教大家摄影!"); } }
另外还有一个TeacherCang的实现类,苍老师教的是生物:
public class TeacherCang implements Teacher { @Override public void teach() { System.out.println("大家好,我是苍老师,我教大家生物!"); } }
不管是陈老师还是苍老师,只要实现了Teacher这个接口,给我们传道授业解惑,为了礼貌起见,我们总应该给人家问声好吧。而问好这件事不需要老师主动要求,可以交给代理来做,每次有老师来上课,代理自动做了问好这件事。而代理类又分为静态代理和动态代理,静态代理在编写代码时已经确定了要代理的类,只能代理单一的类型,在此略过,今天重点讲动态代理。
Java动态代理Java动态代理创建代理类的方法为:
Proxy.newProxyInstance(ClassLoader loader, Class>[] interfaces, InvocationHandler h)
其中ClassLoader是用来定义代理类的class文件的,用系统默认的就好,interfaces是要代理的接口,InvocationHandler是用来实际执行代理方法的接口,常用做法是实现该接口,并将需要代理的类实例对象传进去。
实现自己的方法执行器:
public class JdkDynamicProxy implements InvocationHandler { private Object proxied; public JdkDynamicProxy(Object object) { this.proxied = object; } /** * proxy为创建的代理类实例,method是本次被代理的方法,args是方法的参数 */ @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { System.out.println("-------------------老师好[by jdk动态代理]-------------------"); // 执行代理方法 Object obj = method.invoke(proxied, args); System.out.println("-------------------老师再见[by jdk动态代理]-------------------"); // 返回方法执行结果 return obj; } }
创建代理类对象并执行:
// 代理陈老师 Teacher proxy1 = (Teacher) Proxy.newProxyInstance(Teacher.class.getClassLoader(), new Class[]{Teacher.class}, new JdkDynamicProxy(new TeacherChan())); proxy1.teach(); // 代理苍老师 Teacher proxy2 = (Teacher) Proxy.newProxyInstance(Teacher.class.getClassLoader(), new Class[]{Teacher.class}, new JdkDynamicProxy(new TeacherCang())); proxy2.teach();
输出结果:
-------------------老师好[by jdk动态代理]------------------- 大家好,我是陈老师,我教大家摄影! -------------------老师再见[by jdk动态代理]------------------- -------------------老师好[by jdk动态代理]------------------- 大家好,我是苍老师,我教大家生物! -------------------老师再见[by jdk动态代理]-------------------
实际上,Java会过滤掉接口所有final、native等方法,并为剩下的所有符合条件的方法生成代理方法。而且,熟悉Spring的朋友应该知道,Spring的AOP机制的实现不仅使用了Java的动态代理,而且还引入了CGLib。因为Java的动态代理只能代理接口,而不能代理原始的类。那么为什么Java不能代理类呢,答案是Java的单继承机制。
深入Java动态代理的实现Java的动态代理是怎么实现的呢?其实很简单,就是运行时生成一个代理类,该类实现了需要代理的接口,并返回这个代理类的实例对象给调用者。调试进入Proxy.newProxyInstance()的方法内部,可以看到在Proxy内部生成class字节码的方法:
// 生成的代理类名前缀 private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy"; // 生成的代理类名序号 private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong(); // 序号值加1 long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement(); // 代理类名:$ProxyN String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num; ... // 生成代理类的class字节码 byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces, accessFlags);
不难看出,生成的代理类的类名是$ProxyN的形式,所以我们经常会看到$Proxy0这个类,就是动态代理在运行时生成的。
既然知道了动态代理是怎么生成代理类的了,那我们不妨把它生成的类打印出来看看,到底里面是怎么实现的。
// 调用Java生成字节码文件的方法 byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass( "com.test.$proxy0.class", new Class[]{Teacher.class}, Modifier.FINAL); // 输出文件到本地 FileOutputStream out = new FileOutputStream(new File("/temp/$Proxy0.class")); out.write(proxyClassFile); out.flush(); out.close();
用java反编译软件打开生成的$Proxy0.class文件,内容如下:
package com.test.$proxy0; import com.demos.java.basedemo.proxy.bean.Teacher; import java.lang.reflect.InvocationHandler; import java.lang.reflect.Method; import java.lang.reflect.Proxy; import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException; final class class extends Proxy implements Teacher { private static Method m1; private static Method m2; private static Method m3; private static Method m0; public class(InvocationHandler paramInvocationHandler) throws { super(paramInvocationHandler); } public final boolean equals(Object paramObject) throws { try { return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue(); } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } public final String toString() throws { try { return (String)this.h.invoke(this, m2, null); } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } public final void teach() throws { try { this.h.invoke(this, m3, null); return; } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } public final int hashCode() throws { try { return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue(); } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } static { try { m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") }); m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]); m3 = Class.forName("com.demos.java.basedemo.proxy.bean.Teacher").getMethod("teach", new Class[0]); m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]); return; } catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException) { throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage()); } catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException) { throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage()); } } }
可以看出,代理类不仅代理了teach()这个方法,还代理了toString()、equals()和hashCode()方法,因为java中所有的类都是继承Object类的,所以自然有这些方法。其中还有一个地方要特别注意:生成的代理类继承了Proxy这个类,因此它只能通过实现接口来代理其他的类,现在知道为什么Java动态代理只能代理接口了。
既然都讲到这个份上了,当然不能不继续深入了。接下来是真正压轴的环节,实现自己的动态代理类。
手动实现动态代理首先分析一下实现动态代理需要的步骤:
1.拼接java类实现,并生成class字节码 2.加载class字节码到JVM 3.实现自己的InvocationHandler处理器 4.对外提供接口
既然知道了Java动态代理的原理,我们不妨借鉴Java生成的class文件格式,同时去掉默认继承的Proxy,使得我们自己的动态代理既可以代理接口,也可以代理类。先写出代理类的格式(假设代理的是类TeacherChan):
public class $Proxy0 extends TeacherChan { private InvocationHandler handler; private static Method m0; static { try { // 利用反射获取TeacherChan的teach()方法 m0 = TeacherChan.class.getMethod("teach", new Class[]{}); } catch (NoSuchMethodException ne) { throw new NoSuchMethodError(ne.getMessage()); } } // 构造方法中传入代理类处理器 public $Proxy0(InvocationHandler handler) { this.handler = handler; } public void teach() { try { // 收集teach()方法传入的参数,此处参数为空 Object[] args = new Object[]{}; // 执行代理类的teach() Object result = handler.invoke(this, m0, args); // 如果有返回值,此处要返回result } catch (Error|RuntimeException e) { throw e; } catch (Throwable t) { throw new UndeclaredThrowableException(t); } } }
好了,生成类的格式大概就是这样设计,实际编写代码时需要处理参数、返回值和异常的情况,略微有点繁琐。下面是动态类生成器:
public class MyProxyGenerator { // 换行符 public static final String LINE_SEPARATOR = " "; // 动态代理类包名 public static final String PROXY_CLASS_PACKAGE = "com.demos.proxy"; // 动态代理类名前缀 public static final String PROXY_CLASS_NAME_PREFIX = "$Proxy"; // 动态代理类文件索引 public static final AtomicLong INDEX_GENERATOR = new AtomicLong(); // 动态代理生成文件临时目录 public static final String PROXY_CLASS_FILE_PATH = "/temp"; /** * 生成代理类并加载到JVM * @param clazz * @param methods * @throws Exception */ public static Class> generateAndLoadProxyClass(Class> clazz, Method[] methods) throws Exception { long index = INDEX_GENERATOR.getAndIncrement(); // 代理类类名 String className = PROXY_CLASS_NAME_PREFIX + index; String fileName = PROXY_CLASS_FILE_PATH + File.separator + className + ".java"; FileWriter writer = null; try { // 生成.java文件 writer = new FileWriter(new File(fileName)); writer.write(generateClassCode(PROXY_CLASS_PACKAGE, className, clazz, methods)); writer.flush(); // 编译.java文件 compileJavaFile(fileName); // 加载class到JVM String classPath = PROXY_CLASS_FILE_PATH + File.separator + className + ".class"; Class> proxyClass = MyClassLoader.getInstance().findClass(classPath, PROXY_CLASS_PACKAGE + "." + className); return proxyClass; } finally { if (writer != null) { writer.close(); } } } /** * 编译.java文件 * @param fileName * @throws IOException */ private static void compileJavaFile(String fileName) throws IOException { compileByTools(fileName); // compileByExec(fileName); } /** * 使用Runtime执行javac命令 * 注意: 需要指定classpath, 否则找不到依赖的类 * 建议使用compileByTools() * @param fileName * @throws IOException */ @Deprecated private static void compileByExec(String fileName) throws IOException { // 获取当前的classpath String classpath = MyProxyGenerator.class.getResource("/").getPath(); // 运行命令: javac -classpath ${classpath} ${filepath} String command = "javac -classpath " + classpath + " " + fileName; Process process = Runtime.getRuntime().exec(command); // 等待执行, 并输出错误日志 try { InputStream errorStream = process.getErrorStream(); InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(errorStream); BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader); String line = null; while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) { System.out.println(line); } int exitVal = process.waitFor(); System.out.println("Process exitValue: " + exitVal); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } /** * 使用JDK自带的JavaCompiler * @param fileName * @throws IOException */ private static void compileByTools(String fileName) throws IOException { // 获取系统Java编译器 JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler(); // 获取标准文件管理器实例 StandardJavaFileManager fileManager = compiler.getStandardFileManager(null, null, null); try { Iterable units = fileManager.getJavaFileObjects(fileName); JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask(null, fileManager, null, null, null, units); task.call(); } finally { fileManager.close(); } } /** * 拼接 class 代码片段 * @param packageName 代理类包名 * @param clazz 要代理的类型 * @return */ private static String generateClassCode(String packageName, String className, Class> clazz, Method[] methods) throws Exception { StringBuilder classCodes = new StringBuilder(); /*--------------------包名和依赖 start--------------------*/ classCodes.append("package ").append(packageName).append(";").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append("import java.lang.reflect.*;").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append(LINE_SEPARATOR); /*--------------------包名和依赖 start--------------------*/ /*--------------------类定义 start--------------------*/ classCodes.append("public class ").append(className); if (clazz.isInterface()) { classCodes.append(" implements "); } else { classCodes.append(" extends "); } classCodes.append(clazz.getName()).append(" {").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append(LINE_SEPARATOR); /*--------------------类定义 end--------------------*/ /*--------------------声明变量InvocationHandler start--------------------*/ classCodes.append("private InvocationHandler handler;").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append(LINE_SEPARATOR); /*--------------------声明变量InvocationHandler end--------------------*/ /*--------------------声明代理方法 start--------------------*/ for (int i = 0; i < methods.length; i++) { classCodes.append("private static Method m").append(i).append(";").append(LINE_SEPARATOR); } classCodes.append(LINE_SEPARATOR); /*--------------------声明代理方法 end--------------------*/ /*--------------------代理方法对象初始化 start--------------------*/ classCodes.append("static {").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append(" ").append("try {").append(LINE_SEPARATOR); for (int i = 0; i < methods.length; i++) { Method method = methods[i]; classCodes.append(" ").append(" ").append("m").append(i).append(" = ").append(clazz.getName()) .append(".class.getMethod("").append(method.getName()).append("", new Class[]{"); // 方法参数 Parameter[] params = method.getParameters(); if (params.length != 0) { for (int j = 0; j < params.length; j++) { if (j != 0) { classCodes.append(", "); } Parameter param = params[j]; classCodes.append(param.getType().getName()).append(".class"); } } classCodes.append("});").append(LINE_SEPARATOR); } classCodes.append(" ").append("} catch (NoSuchMethodException ne) {").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append(" ").append(" ").append("throw new NoSuchMethodError(ne.getMessage());").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append(" ").append("}").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append("}").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append(LINE_SEPARATOR); /*--------------------代理方法对象初始化 end--------------------*/ /*--------------------定义构造函数 start--------------------*/ classCodes.append("public ").append(className).append("(InvocationHandler handler) {").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append(" ").append("this.handler = handler;").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append("}").append(LINE_SEPARATOR); classCodes.append(LINE_SEPARATOR); /*--------------------定义构造函数 end--------------------*/ /*--------------------填充其他函数 start--------------------*/ classCodes.append(generateMethodCode(clazz, methods)); /*--------------------填充其他函数 end--------------------*/ // 类结束 classCodes.append("}").append(LINE_SEPARATOR); return classCodes.toString(); } /** * 拼接 method 代码片段 * @param clazz * @param methods * @return * @throws Exception */ private static String generateMethodCode(Class> clazz, Method[] methods) throws Exception { StringBuilder methodCodes = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < methods.length; i++) { Method method = methods[i]; // 返回类型 String returnType = method.getReturnType().getName(); // 参数列表 Parameter[] params = method.getParameters(); // 异常列表 Class>[] exceptionTypes = method.getExceptionTypes(); /*--------------------方法定义 start--------------------*/ methodCodes.append("public ").append(returnType).append(" ").append(method.getName()); methodCodes.append("("); // 填充参数 if (params.length != 0) { for (int j = 0; j < params.length; j++) { if (j != 0) { methodCodes.append(", "); } Parameter param = params[j]; methodCodes.append(param.getType().getName()).append(" ").append(param.getName()); } } methodCodes.append(")"); // 填充异常 if (exceptionTypes.length != 0) { methodCodes.append(" throws "); for (int j = 0; j < exceptionTypes.length; j++) { if (j != 0) { methodCodes.append(", "); } methodCodes.append(exceptionTypes[j].getName()); } } methodCodes.append(" {").append(LINE_SEPARATOR); /*--------------------方法定义 end--------------------*/ /*--------------------方法体 start--------------------*/ methodCodes.append(" ").append("try {").append(LINE_SEPARATOR); // 方法参数 methodCodes.append(" ").append(" ").append("Object[] args = new Object[]{"); if (params.length != 0) { for (int j = 0; j < params.length; j++) { if (j != 0) { methodCodes.append(", "); } Parameter param = params[j]; methodCodes.append(param.getName()); } } methodCodes.append("};").append(LINE_SEPARATOR); // 执行InvocationHandler.invoke() methodCodes.append(" ").append(" ").append("Object result = handler.invoke(this, m").append(i) .append(", args);").append(LINE_SEPARATOR); // 返回结果 if (!"void".equals(returnType)) { methodCodes.append(" ").append(" ").append("return (").append(returnType).append(") result;").append(LINE_SEPARATOR); } // 异常处理 methodCodes.append(" ").append("} catch (Error|RuntimeException"); for (Class> exceptionType : exceptionTypes) { methodCodes.append("|").append(exceptionType.getName()); } methodCodes.append(" e) {").append(LINE_SEPARATOR); methodCodes.append(" ").append(" ").append("throw e;").append(LINE_SEPARATOR); methodCodes.append(" ").append("} catch (Throwable t) {").append(LINE_SEPARATOR); methodCodes.append(" ").append(" ").append("throw new UndeclaredThrowableException(t);").append(LINE_SEPARATOR); methodCodes.append(" ").append("}").append(LINE_SEPARATOR); /*--------------------方法体 end--------------------*/ // 方法结束 methodCodes.append("}").append(LINE_SEPARATOR).append(LINE_SEPARATOR); } return methodCodes.toString(); } }
实际上只是拼接前面给出的代理类实现而已,代码量有点大,但并不难理解。
下一步,实现自己的类加载器,来加载生成的class字节码:
public class MyClassLoader extends ClassLoader { private static MyClassLoader loader; private MyClassLoader() { } public static MyClassLoader getInstance() { if (loader == null) { synchronized (MyClassLoader.class) { // 得到锁首先检查loader是否已经存在, 避免重复创建 if (loader == null) { loader = new MyClassLoader(); } } } return loader; } /** * 加载class文件,并返回类型对象 * * @param filePath * @param className * @return * @throws ClassNotFoundException */ public Class> findClass(String filePath, String className) throws ClassNotFoundException { try { // 读取指定class文件的字节码 byte[] classBytes = Files.readAllBytes(Paths.get(filePath)); // 加载类并返回class类型对象 Class> clazz = defineClass(className, classBytes, 0, classBytes.length); return clazz; } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } throw new ClassNotFoundException(className); } }
到这一步,复杂的工作基本做完了,接下来只剩下自定义处理器类和对外接口了
自定义处理器类与Java动态代理的方式相同:
public class MyInvocationHandler implements InvocationHandler { private Object proxied; public MyInvocationHandler(Object object) { this.proxied = object; } @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { System.out.println("-------------------老师好[by 自定义动态代理]-------------------"); Object obj = method.invoke(proxied, args); System.out.println("-------------------老师再见[by 自定义动态代理]-------------------"); return obj; } }
对外接口:
public class MyDynamicProxy { public staticT newProxyInstance(Class clazz, InvocationHandler handler) throws Exception { // 要代理的方法: public & !final Method[] proxyMethods = Arrays.stream(clazz.getMethods()) .filter(method -> !Modifier.isFinal(method.getModifiers())) .collect(Collectors.toList()) .toArray(new Method[0]); // 生成的代理类 Class> proxyClass = MyProxyGenerator.generateAndLoadProxyClass(clazz, proxyMethods); // 代理类的构造方法 Constructor c = proxyClass.getConstructor(InvocationHandler.class); // 创建代理类对象 Object proxyObj = c.newInstance(handler); return (T) proxyObj; } }
搞定,测试一下效果:
TeacherChan proxy1 = MyDynamicProxy.newProxyInstance( TeacherChan.class, new MyInvocationHandler(new TeacherChan())); proxy1.teach(); TeacherCang proxy2 = MyDynamicProxy.newProxyInstance( TeacherCang.class, new MyInvocationHandler(new TeacherCang())); proxy2.teach();
输出:
-------------------老师好[by 自定义动态代理]------------------- 大家好,我是陈老师,我教大家摄影! -------------------老师再见[by 自定义动态代理]------------------- -------------------老师好[by 自定义动态代理]------------------- 大家好,我是苍老师,我教大家生物! -------------------老师再见[by 自定义动态代理]-------------------
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