Question

Java代理的作用和实现？

Answer 1

代理模式的作用是：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。在某些情况下，一个客户不想或者不能直接引用另一个对象，而代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用。

Answer 2

JDK 动态代理

动态代理的核心其实就是代理对象的生成，即 Proxy.newProxyInstance(classLoader, proxyInterface, handler)。

让我们进入newProxyInstance方法观摩下，核心代码其实就三行。

这个方法需要三个参数：

• ClassLoader，用于加载代理类的 Loader 类，通常这个 Loader 和被代理的类是同一个 Loader 类。

• Interfaces，是要被代理的那些那些接口。

• InvocationHandler，就是用于执行除了被代理接口中方法之外的用户自定义的操作，也是用户需要代理的最终目的。用户调用目标方法都被代理到 InvocationHandler 类中定义的唯一方法 invoke 中。

• //获取代理类  Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);  


• //获取带有InvocationHandler参数的构造方法  Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);  


• //把handler传入构造方法生成实例  return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });



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newProxyInstance方法封装了2~4，只需两步即可完成代理对象的创建。

• Subject proxySubject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(Subject.class.getClassLoader(),


•  new Class[]{Subject.class}, new InvocationHandlerImpl (real));



生成的proxySubject继承Proxy类实现Subject接口。实现的Subject的方法实际是调用处理器的invoke方法，而invoke方法利用反射调用的是被代理对象的方法（Object result=method.invoke(proxied,args)）；
重点Proxy.newProxyInstance，源码分析，会在其他文档中单独总结记录。类Proxy的getProxyClass方法调用ProxyGenerator的 generateProxyClass方法产生ProxySubject.class的二进制数据。

创建代理对象时序图



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获取代理类

getProxyClass(loader, interfaces)方法用于获取代理类，它主要做了三件事情：

在当前类加载器的缓存里搜索是否有代理类，没有则生成代理类并缓存在本地JVM里。

• // 缓存的key使用接口名称生成的List  Object key = Arrays.asList(interfaceNames);  


• synchronized (cache) {  


•    do {  


• Object value = cache.get(key);  


•         // 缓存里保存了代理类的引用  if (value instanceof Reference) {  


•    proxyClass = (Class) ((Reference) value).get();  


• }  


• if (proxyClass != null) {  


• // 代理类已经存在则返回  


•    return proxyClass;  


• } else if (value == pendingGenerationMarker) {  


•    // 如果代理类正在产生，则等待  


•    try {  


• cache.wait();  


•    } catch (InterruptedException e) {  


•    }  


•    continue;  


• } else {  


•    //没有代理类，则标记代理准备生成  


•    cache.put(key, pendingGenerationMarker);  


•    break;  


• }  


•    } while (true);  


• }



生成并加载代理类

代理类的生成主要是以下这两行代码：

• //生成代理类的字节码文件并保存到硬盘中(默认不保存到硬盘)   proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces);  


• //使用类加载器将字节码加载到内存中   proxyClass = defineClass0(loader, proxyName,proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);  



代理类的生成过程


ProxyGenerator.generateProxyClass()方法属于sun.misc包下，Oracle并没有提供源代码，但是我们可以使用
JD-GUI这样的反编译软件打开jre\lib\rt.jar来一探究竟，以下是其核心代码的分析。

• //添加接口中定义的方法，此时方法体为空  for (int i = 0; i < this.interfaces.length; i++) {  


•  localObject1 = this.interfaces[i].getMethods();  


•  for (int k = 0; k < localObject1.length; k++) {  


•     addProxyMethod(localObject1[k], this.interfaces[i]);  


•  }  


• }  


• //添加一个带有InvocationHandler的构造方法  MethodInfo localMethodInfo = new MethodInfo("<init>", "(Ljava/lang/reflect/InvocationHandler;)V", 1);  


• //循环生成方法体代码（省略）  //方法体里生成调用InvocationHandler的invoke方法代码。（此处有所省略）  this.cp.getInterfaceMethodRef("InvocationHandler", "invoke", "Object; Method; Object;")  


• //将生成的字节码，写入硬盘，前面有个if判断，默认情况下不保存到硬盘。  localFileOutputStream = new FileOutputStream(ProxyGenerator.access$000(this.val$name) + ".class");  


• localFileOutputStream.write(this.val$classFile);



生成的代理类源码

那么通过以上分析，我们可以推出动态代理为我们生成了一个这样的代理类。把方法doSomeThing的方法体修改为调用LogInvocationHandler的invoke方法。

• public class ProxyBusiness extends Proxy implements IBusiness, IBusiness2 {  


• private LogInvocationHandler h;  


• @Override  public void doSomeThing2() {  


•    try {  


•        Method m = (h.target).getClass().getMethod("doSomeThing2",null);  


•        h.invoke(this, m, null);  


•    } catch (Throwable e) {  


•        // 异常处理（略）  


•    }  


• }


• @Override  public boolean doSomeThing() {  


•    try {  


•       Method m = (h.target).getClass().getMethod("doSomeThing", null);  


•       return (Boolean) h.invoke(this, m, null);  


•    } catch (Throwable e) {  


•        // 异常处理（略）  


•    }  


•    return false;  


• }  


• public ProxyBusiness(LogInvocationHandler h) {  


•    this.h = h;  


• }



测试代理的代码如下：

• //测试public static void main(String[] args) {  


•    //构建AOP的Advice  


•    LogInvocationHandler handler = new LogInvocationHandler(new Business());  


•    new ProxyBusiness(handler).doSomeThing();  


•    new ProxyBusiness(handler).doSomeThing2();  


• }



下面看一个自定义代理的实现。

被代理类接口

• public interface Subject   {  


•  public void doSomething();  


• }



被代理类

• //目标对象public class RealSubject implements Subject{  public void doSomething() {


•    System.out.println( "call doSomething()" );


•  }


• }



调用处理器(切面)

• public class ProxyHandler implements InvocationHandler   {  


•  private Object proxied;  


•  public ProxyHandler( Object proxied )   {  


•    this.proxied = proxied;  


•  }  


•  public Object invoke( Object proxy, Method method, Object[] args ) throws Throwable {  


• //在转调具体目标对象之前，可以执行一些功能处理System.out.println( "doSomething before" );    //转调具体目标对象的方法


•    return method.invoke( proxied, args);


• //在转调具体目标对象之后，可以执行一些功能处理System.out.println( "doSomething after" );


•  }


• }



测试我们的代理实现

• public class DynamicProxy   {  


•  public static void main( String args[] )   {  


•    RealSubject real = new RealSubject();  


•    Subject proxySubject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(Subject.class.getClassLoader(),


•     new Class[]{Subject.class}, new ProxyHandler(real));


•    proxySubject.doSomething();    //write proxySubject class binary data to file  


•    createProxyClassFile();  


•  }  


•  public static void createProxyClassFile()   {  


•    String name = "ProxySubject";  


•    byte[] data = ProxyGenerator.generateProxyClass( name, new Class[] { Subject.class } );  


•    try{  


•      FileOutputStream out = new FileOutputStream( name + ".class" );  


•      out.write( data );  


•      out.close();  


•    }catch( Exception e ) {  


•      e.printStackTrace();  


•    }  


•  }  


• }



运行结果：

• doSomething beforecall doSomething()doSomething after



Proxy 接口

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private static Map loaderToCache = new WeakHashMap();// 标记：用于标记一个动态代理类正在被创建中private static Object pendingGenerationMarker = new Object();// 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private static Map proxyClasses = Collections.synchronizedMap(new WeakHashMap());// 关联的调用处理器引用protected InvocationHandler 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private Proxy() {}// 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protected Proxy(InvocationHandler h) {this.h = h;}



ProxySubject 源码

创建的代理类 ProxySubject.class

• import java.lang.reflect.*;  


• public final class ProxySubject extends Proxy  implements Subject{  


•    private static Method m1;  


•    private static Method m0;  


•    private static Method m3;  


•    private static Method m2;  


•    public ProxySubject(InvocationHandler invocationhandler){  


•        super(invocationhandler);  


•    }  


•    public final boolean equals(Object obj){  


•        try {  


•            return ((Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[] {  


•                obj  


•            })).booleanValue();  


•        }catch(Error _ex) {


•        }catch(Throwable throwable){  


•            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);  


•        }  


•    }  


•    public final int hashCode()   {


•        try  {  


•            return ((Integer)super.h.invoke(this, m0, null)).intValue();  


•        }catch(Error _ex) {


•        }catch(Throwable throwable){  


•            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);  


•        }  


•    }  


•    /*关键部分*/


•    public final void doSomething()  {  


•        try {  


•            // Proxy类中protected InvocationHandler h;关联的调用处理器引用


•            super.h.invoke(this, m3, null);  


•            return;  


•        }catch(Error _ex) {  


•        }catch(Throwable throwable) {  


•            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);  


•        }  


•    }  


•    public final String toString() {  


•        try {  


•            return (String)super.h.invoke(this, m2, null);  


•        } catch(Error _ex) {


•        } catch(Throwable throwable){  


•            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);  


•        }  


•    }  


•    static{  


•        try {  


•            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] {  


•                Class.forName("java.lang.Object")  


•            });  


•            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);  


•            m3 = Class.forName("Subject").getMethod("doSomething", new Class[0]);  


•            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);  


•        }catch(NoSuchMethodException nosuchmethodexception)   {  


•            throw new NoSuchMethodError(nosuchmethodexception.getMessage());  


•        }catch(ClassNotFoundException classnotfoundexception){  


•            throw new NoClassDefFoundError(classnotfoundexception.getMessage());  


•        }  


•    }  


• }



CGLib 动态代理

动态字节码生成。使用动态字节码生成技术实现AOP原理是在运行期间目标字节码加载后，生成目标类的子类，将切面逻辑加入到子类中，所以使用Cglib实现AOP不需要基于接口。

• public static void main(String[] args) {  


•    byteCodeGe();  


• }  


• public static void byteCodeGe() {  


•    //创建一个织入器  


•    Enhancer enhancer = new Enhancer();  


•    //设置父类  


•    enhancer.setSuperclass(Business.class);  


•    //设置需要织入的逻辑  


•    enhancer.setCallback(new LogIntercept());  


•    //使用织入器创建子类  


•    IBusiness2 newBusiness = (IBusiness2) enhancer.create();  


•    newBusiness.doSomeThing2();  


• }  


• /**


• * 记录日志


• */  public static class LogIntercept implements MethodInterceptor {  


•    @Override  


•    public Object intercept(Object target, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {  


•        //执行原有逻辑，注意这里是invokeSuper  


•        Object rev = proxy.invokeSuper(target, args);  


•        //执行织入的日志  


•        if (method.getName().equals("doSomeThing2")) {  


•            System.out.println("记录日志");  


•        }  


•        return rev;  


•    }  


• }

Answer 3

当编辑并运行一个Java程序时，需要同时涉及到这四种方面。使用文字编辑软件(例如记事本、写字板、UltraEdit等)或集成开发环境(Eclipse、MyEclipse等)在Java源文件中定义不同的类 ，通过调用类(这些类实现了Java API)中的方法来访问资源系统，把源文件编译生成一种二进制中间码，存储在class文件中，然后再通过运行与操作系统平台环境相对应的Java虚拟机来运行class文件，执行编译产生的字节码，调用class文件中实现的方法来满足程序的Java API调用 。
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