java动态代理分析
定义:为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。
动态代理使用
java动态代理机制以巧妙的方式实现了代理模式的设计理念。
代理模式示例代码
publicinterfaceSubject{publicvoiddoSomething(); }publicclassRealSubjectimplementsSubject{publicvoiddoSomething() { System.out.println(“call doSomething()”); } }publicclassProxyHandlerimplementsInvocationHandler{privateObject proxied;publicProxyHandler( Object proxied ) { this.proxied = proxied; } publicObject invoke( Object proxy, Method method, Object[] args ) throwsThrowable { //在转调具体目标对象之前,可以执行一些功能处理//转调具体目标对象的方法returnmethod.invoke( proxied, args);//在转调具体目标对象之后,可以执行一些功能处理} }importjava.lang.reflect.InvocationHandler; importjava.lang.reflect.Method;importjava.lang.reflect.Proxy; importsun.misc.ProxyGenerator; importjava.io.*; /** * Java学习交流QQ群:589809992 我们一起学Java! */publicclassDynamicProxy{publicstaticvoidmain( String args[] ) { RealSubject real =newRealSubject(); Subject proxySubject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(Subject.class.getClassLoader(), newClass[]{Subject.class}, newProxyHandler(real)); proxySubject.doSomething(); //write proxySubject class binary data to file createProxyClassFile(); }publicstaticvoidcreateProxyClassFile() { String name = “ProxySubject”; byte[] data = ProxyGenerator.generateProxyClass( name, newClass[] { Subject.class } ); try{ FileOutputStream out = newFileOutputStream( name + “.class”); out.write( data ); out.close(); } catch( Exception e ) { e.printStackTrace(); } } }动态代理内部实现
首先来看看类Proxy的代码实现 Proxy的主要静态变量
// 映射表:用于维护类装载器对象到其对应的代理类缓存privatestaticMap loaderToCache = newWeakHashMap(); // 标记:用于标记一个动态代理类正在被创建中privatestaticObject pendingGenerationMarker = newObject(); // 同步表:记录已经被创建的动态代理类类型,主要被方法 isProxyClass 进行相关的判断privatestaticMap proxyClasses = Collections.synchronizedMap( newWeakHashMap()); // 关联的调用处理器引用protectedInvocationHandler h;
Proxy的构造方法
// 由于 Proxy 内部从不直接调用构造函数,所以 private 类型意味着禁止任何调用privateProxy() {} // 由于 Proxy 内部从不直接调用构造函数,所以 protected 意味着只有子类可以调用protectedProxy(InvocationHandler h) { this.h = h;}
Proxy静态方法newProxyInstance
// 检查 h 不为空,否则抛异常if(h == null) { thrownewNullPointerException(); } // 获得与指定类装载器和一组接口相关的代理类类型对象Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);// 通过反射获取构造函数对象并生成代理类实例try{ Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams); return( Object) cons.newInstance( newObject[] { h }); } catch(NoSuchMethodException e) { thrownewInternalError(e.toString()); }catch(IllegalAccessException e) { thrownewInternalError(e.toString()); }catch(InstantiationException e) { thrownewInternalError(e.toString()); }catch(InvocationTargetException e) { thrownewInternalError(e.toString()); } }
类Proxy的getProxyClass方法调用ProxyGenerator的 generateProxyClass方法产生ProxySubject.class的二进制数据:
publicstaticbyte[] generateProxyClass( finalString name, Class[] interfaces)
我们可以import sun.misc.ProxyGenerator,调用 generateProxyClass方法产生binary data,然后写入文件,最后通过反编译工具来查看内部实现原理。 反编译后的ProxySubject.java Proxy静态方法newProxyInstance
importjava.lang.reflect.*; /** * Java学习交流QQ群:589809992 我们一起学Java! */publicfinalclassProxySubjectextendsProxyimplementsSubject{privatestaticMethod m1;privatestaticMethod m0; privatestaticMethod m3; privatestaticMethod m2;publicProxySubject(InvocationHandler invocationhandler) { super(invocationhandler); }publicfinalbooleanequals(Object obj) { try{ return((Boolean) super.h.invoke( this, m1,newObject[] { obj })).booleanValue(); } catch(Error _ex) { } catch(Throwable throwable) {thrownewUndeclaredThrowableException(throwable); } } publicfinalinthashCode() { try{return((Integer) super.h.invoke( this, m0, null)).intValue(); } catch(Error _ex) { }catch(Throwable throwable) { thrownewUndeclaredThrowableException(throwable); } }publicfinalvoiddoSomething() { try{ super.h.invoke( this, m3, null); return; } catch(Error _ex) { } catch(Throwable throwable) {thrownewUndeclaredThrowableException(throwable); } } publicfinalString toString() { try{return(String) super.h.invoke( this, m2, null); } catch(Error _ex) { } catch(Throwable throwable) { thrownewUndeclaredThrowableException(throwable); } } static{ try{ m1 = Class.forName( “java.lang.Object”).getMethod( “equals”, newClass[] { Class.forName(“java.lang.Object”) }); m0 = Class.forName( “java.lang.Object”).getMethod( “hashCode”,newClass[ 0]); m3 = Class.forName( “Subject”).getMethod( “doSomething”, newClass[ 0]); m2 = Class.forName( “java.lang.Object”).getMethod( “toString”, newClass[ 0]); }catch(NoSuchMethodException nosuchmethodexception) {thrownewNoSuchMethodError(nosuchmethodexception.getMessage()); }catch(ClassNotFoundException classnotfoundexception) {thrownewNoClassDefFoundError(classnotfoundexception.getMessage()); } } }
ProxyGenerator内部是如何生成class二进制数据,可以参考源代码。
privatebyte[] generateClassFile() { /* * Record that proxy methods are needed forthe hashCode, equals, * andtoString methods ofjava.lang.Object. This is donebefore * the methods from the proxy interfaces so that the methods from * java.lang.Object take precedence over duplicate methods inthe * proxy interfaces. */ addProxyMethod(hashCodeMethod, Object. class); addProxyMethod(equalsMethod, Object. class); addProxyMethod(toStringMethod, Object. class); /* * Now record all ofthe methods from the proxy interfaces, giving * earlier interfaces precedence over later oneswithduplicate * methods. */ for(int i = 0; i 《 interfaces.length; i++) { Method[] methods = interfaces[i].getMethods(); for(int j = 0; j 《 methods.length; j++) { addProxyMethod(methods[j], interfaces[i]); } } /* * For each set ofproxy methods withthe same signature, * verify that the methods‘ returntypes are compatible. */for(List《ProxyMethod》 sigmethods : proxyMethods.values()) { checkReturnTypes(sigmethods); } /* ============================================================ * Step 2: Assemble FieldInfo andMethodInfo structs forall of* fields andmethods inthe classwe are generating. */ try{ methods.add(generateConstructor()); for(List《ProxyMethod》 sigmethods : proxyMethods.values()) { for(ProxyMethod pm : sigmethods) { // add static field for method’s Method object fields.add( newFieldInfo(pm.methodFieldName,“Ljava/lang/reflect/Method;”, ACC_PRIVATE | ACC_STATIC)); // generate code for proxy method and add it methods.add(pm.generateMethod()); } } methods.add(generateStaticInitializer()); } catch (IOException e) { throw newInternalError(“unexpected I/O Exception”); } /* ============================================================ * Step 3: Write the final classfile. */ /* * Make sure that constant pool indexes are reserved forthe * following items before starting towrite the final classfile. */ cp.getClass(dotToSlash(className)); cp.getClass(superclassName); for(int i = 0; i 《 interfaces.length; i++) { cp.getClass(dotToSlash(interfaces[i].getName())); } /* * Disallownewconstant pool additions beyond this point, since * we are about towrite the final constant pool table. */ cp.setReadOnly(); ByteArrayOutputStream bout =newByteArrayOutputStream(); DataOutputStream dout = newDataOutputStream(bout);try{ /* * Write all the items ofthe “ClassFile”structure. * See JVMS section 4.1. */ // u4 magic; dout.writeInt( 0xCAFEBABE); // u2 minor_version;dout.writeShort(CLASSFILE_MINOR_VERSION); // u2 major_version;dout.writeShort(CLASSFILE_MAJOR_VERSION); cp.write(dout); // (write constant pool) // u2 access_flags; dout.writeShort(ACC_PUBLIC | ACC_FINAL | ACC_SUPER); // u2 this_class; dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(className))); // u2 super_class;dout.writeShort(cp.getClass(superclassName)); // u2 interfaces_count;dout.writeShort(interfaces.length); // u2 interfaces[interfaces_count]; for(int i = 0; i 《 interfaces.length; i++) { dout.writeShort(cp.getClass( dotToSlash(interfaces[i].getName()))); } // u2 fields_count; dout.writeShort(fields.size()); // field_info fields[fields_count]; for(FieldInfo f : fields) { f.write(dout); } // u2 methods_count;dout.writeShort(methods.size()); // method_info methods[methods_count]; for(MethodInfo m : methods) { m.write(dout); } // u2 attributes_count; dout.writeShort( 0); // (no ClassFile attributes for proxy classes) } catch (IOException e) { throw newInternalError( “unexpected I/O Exception”); } returnbout.toByteArray();总结
一个典型的动态代理创建对象过程可分为以下四个步骤:
1、通过实现InvocationHandler接口创建自己的调用处理器 IvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(…);
2、通过为Proxy类指定ClassLoader对象和一组interface创建动态代理类
Class clazz = Proxy.getProxyClass(classLoader,new Class[]{…});
3、通过反射机制获取动态代理类的构造函数,其参数类型是调用处理器接口类型
Constructor constructor = clazz.getConstructor(new Class[]{InvocationHandler.class});
4、通过构造函数创建代理类实例,此时需将调用处理器对象作为参数被传入
Interface Proxy = (Interface)constructor.newInstance(new Object[] (handler));
为了简化对象创建过程,Proxy类中的newInstance方法封装了2~4,只需两步即可完成代理对象的创建。
生成的ProxySubject继承Proxy类实现Subject接口,实现的Subject的方法实际调用处理器的invoke方法,而invoke方法利用反射调用的是被代理对象的的方法(Object result=method.invoke(proxied,args))
美中不足
诚然,Proxy已经设计得非常优美,但是还是有一点点小小的遗憾之处,那就是它始终无法摆脱仅支持interface代理的桎梏,因为它的设计注定了这个遗憾。回想一下那些动态生成的代理类的继承关系图,它们已经注定有一个共同的父类叫Proxy。Java的继承机制注定了这些动态代理类们无法实现对class的动态代理,原因是多继承在Java中本质上就行不通。有很多条理由,人们可以否定对 class代理的必要性,但是同样有一些理由,相信支持class动态代理会更美好。接口和类的划分,本就不是很明显,只是到了Java中才变得如此的细化。如果只从方法的声明及是否被定义来考量,有一种两者的混合体,它的名字叫抽象类。实现对抽象类的动态代理,相信也有其内在的价值。此外,还有一些历史遗留的类,它们将因为没有实现任何接口而从此与动态代理永世无缘。如此种种,不得不说是一个小小的遗憾。但是,不完美并不等于不伟大,伟大是一种本质,Java动态代理就是佐例。
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