1、jdk静态代理

接口

public interface HelloInterface{
  void sayHello();
}

被代理类

public class Hello implements HelloInterface{
  @Override
  public void sayHello(){
    System.out.println("Hello");
  }
}

代理类

public class HelloProxy implements HelloInterface{
  private HelloInterface helloInterface = new Hello();
  
  @Override
  public void sayHello(){
    System.out.println("Before");
    helloInterface.sayHello();
    System.out.println("After");
  }
}

测试

public static void main(String[] args){
  HelloProxy helloProxy = new HelloProxy();
  helloProxy.sayHello();
}

由于代理只能为一个类服务,如果需要代理的类很多,那么就需要编写大量的代理类,比较繁琐。

2、jdk动态代理

接口和被代理类同上

代理类

public class HelloProxy implements InvocationHandler{
  private Object subject;
  public HelloProxy(Object subject){
    this.subject = subject;
  }
  @Override
  public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable{
    System.out.println("Before");
    method.invoke(subject, args);
    System.out.println("After");
    return null;
  }
}

测试

public static void main(String[] args){
  Hello hello = new Hello();
  InvoactionHandler handler = new HelloProxy(hello);
  HelloInterface helloInterface = (HelloInterface)Proxy.newProxyInstance(handler.getClass().getCalssLoader(),hello.getClass().getInterface(),handler);
  helloInterface.sayHello();
}

JDK静态代理是通过直接编码创建的,而JDK动态代理是利用反射机制在运行时创建代理类的。
其实在动态代理中,核心是InvocationHandler。每一个代理的实例都会有一个关联的调用处理程序(InvocationHandler)。对待代理实例进行调用时,将对方法的调用进行编码并指派到它的调用处理器(InvocationHandler)的invoke方法。所以对代理对象实例方法的调用都是通过InvocationHandler中的invoke方法来完成的,而invoke方法会根据传入的代理对象、方法名称以及参数决定调用代理的哪个方法。

Proxy类中的newProxyInstance

 public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
                                          Class<?>[] interfaces,
                                          InvocationHandler h)
        throws IllegalArgumentException
    {
        //如果h为空将抛出异常
        Objects.requireNonNull(h);

        final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();//拷贝被代理类实现的一些接口,用于后面权限方面的一些检查
        final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            //在这里对某些安全权限进行检查,确保我们有权限对预期的被代理类进行代理
            checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
        }

        /*
         * 下面这个方法将产生代理类
         */
        Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);

        /*
         * 使用指定的调用处理程序获取代理类的构造函数对象
         */
        try {
            if (sm != null) {
                checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
            }

            final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            final InvocationHandler ih = h;
            //假如代理类的构造函数是private的,就使用反射来set accessible
            if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
                AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
                    public Void run() {
                        cons.setAccessible(true);
                        return null;
                    }
                });
            }
            //根据代理类的构造函数来生成代理类的对象并返回
            return cons.newInstance(new Object[]{h});
        } catch (IllegalAccessException|InstantiationException e) {
            throw new InternalError(e.toString(), e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            Throwable t = e.getCause();
            if (t instanceof RuntimeException) {
                throw (RuntimeException) t;
            } else {
                throw new InternalError(t.toString(), t);
            }
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new InternalError(e.toString(), e);
        }
    }

所以代理类其实是通过getProxyClass方法来生成的

/**
 * 生成一个代理类,但是在调用本方法之前必须进行权限检查
 */
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
                                       Class<?>... interfaces) {
    //如果接口数量大于65535,抛出非法参数错误
    if (interfaces.length > 65535) {
        throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
    }

   
    // 如果在缓存中有对应的代理类,那么直接返回
    // 否则代理类将有 ProxyClassFactory 来创建
    return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}

那么ProxyClassFactory是什么呢?

/**
 *  里面有一个根据给定ClassLoader和Interface来创建代理类的工厂函数  
 *
 */
private static final class ProxyClassFactory
    implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
{
    // 代理类的名字的前缀统一为“$Proxy”
    private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";

    // 每个代理类前缀后面都会跟着一个唯一的编号,如$Proxy0、$Proxy1、$Proxy2
    private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();

    @Override
    public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {

        Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
        for (Class<?> intf : interfaces) {
            /*
             * 验证类加载器加载接口得到对象是否与由apply函数参数传入的对象相同
             */
            Class<?> interfaceClass = null;
            try {
                interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
            }
            if (interfaceClass != intf) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    intf + " is not visible from class loader");
            }
            /*
             * 验证这个Class对象是不是接口
             */
            if (!interfaceClass.isInterface()) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    interfaceClass.getName() + " is not an interface");
            }
            /*
             * 验证这个接口是否重复
             */
            if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    "repeated interface: " + interfaceClass.getName());
            }
        }

        String proxyPkg = null;     // 声明代理类所在的package
        int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;

        /*
         * 记录一个非公共代理接口的包,以便在同一个包中定义代理类。同时验证所有非公共
         * 代理接口都在同一个包中
         */
        for (Class<?> intf : interfaces) {
            int flags = intf.getModifiers();
            if (!Modifier.isPublic(flags)) {
                accessFlags = Modifier.FINAL;
                String name = intf.getName();
                int n = name.lastIndexOf('.');
                String pkg = ((n == -1) ? "" : name.substring(0, n + 1));
                if (proxyPkg == null) {
                    proxyPkg = pkg;
                } else if (!pkg.equals(proxyPkg)) {
                    throw new IllegalArgumentException(
                        "non-public interfaces from different packages");
                }
            }
        }

        if (proxyPkg == null) {
            // 如果全是公共代理接口,那么生成的代理类就在com.sun.proxy package下
            proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
        }

        /*
         * 为代理类生成一个name  package name + 前缀+唯一编号
         * 如 com.sun.proxy.$Proxy0.class
         */
        long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
        String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;

        /*
         * 生成指定代理类的字节码文件
         */
        byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
            proxyName, interfaces, accessFlags);
        try {
            return defineClass0(loader, proxyName,
                                proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
        } catch (ClassFormatError e) {
            /*
             * A ClassFormatError here means that (barring bugs in the
             * proxy class generation code) there was some other
             * invalid aspect of the arguments supplied to the proxy
             * class creation (such as virtual machine limitations
             * exceeded).
             */
            throw new IllegalArgumentException(e.toString());
        }
    }
}

由上方代码*byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces, accessFlags);*可以看到,其实生成代理类字节码文件的工作是通过 ProxyGenerate类中的generateProxyClass方法来完成的

 public static byte[] generateProxyClass(final String var0, Class<?>[] var1, int var2) {
        ProxyGenerator var3 = new ProxyGenerator(var0, var1, var2);
       // 真正用来生成代理类字节码文件的方法在这里
        final byte[] var4 = var3.generateClassFile();
       // 保存代理类的字节码文件
        if(saveGeneratedFiles) {
            AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {
                public Void run() {
                    try {
                        int var1 = var0.lastIndexOf(46);
                        Path var2;
                        if(var1 > 0) {
                            Path var3 = Paths.get(var0.substring(0, var1).replace('.', File.separatorChar), 
                                                                                   new String[0]);
                            Files.createDirectories(var3, new FileAttribute[0]);
                            var2 = var3.resolve(var0.substring(var1 + 1, var0.length()) + ".class");
                        } else {
                            var2 = Paths.get(var0 + ".class", new String[0]);
                        }

                        Files.write(var2, var4, new OpenOption[0]);
                        return null;
                    } catch (IOException var4x) {
                        throw new InternalError("I/O exception saving generated file: " + var4x);
                    }
                }
            });
        }

        return var4;
    }

下面来看看真正用于生成代理类字节码文件的generateClassFile方法

private byte[] generateClassFile() {
        //下面一系列的addProxyMethod方法是将接口中的方法和Object中的方法添加到代理方法中(proxyMethod)
        this.addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);
        this.addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);
        this.addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);
        Class[] var1 = this.interfaces;
        int var2 = var1.length;

        int var3;
        Class var4;
       //获得接口中所有方法并添加到代理方法中
        for(var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {
            var4 = var1[var3];
            Method[] var5 = var4.getMethods();
            int var6 = var5.length;

            for(int var7 = 0; var7 < var6; ++var7) {
                Method var8 = var5[var7];
                this.addProxyMethod(var8, var4);
            }
        }

        Iterator var11 = this.proxyMethods.values().iterator();
        //验证具有相同方法签名的方法的返回类型是否一致
        List var12;
        while(var11.hasNext()) {
            var12 = (List)var11.next();
            checkReturnTypes(var12);
        }

        //后面一系列的步骤用于写代理类Class文件
        Iterator var15;
        try {
             //生成代理类的构造函数
            this.methods.add(this.generateConstructor());
            var11 = this.proxyMethods.values().iterator();

            while(var11.hasNext()) {
                var12 = (List)var11.next();
                var15 = var12.iterator();

                while(var15.hasNext()) {
                    ProxyGenerator.ProxyMethod var16 = (ProxyGenerator.ProxyMethod)var15.next();
                    //将代理类字段声明为Method,并且字段修饰符为 private static.
                   //因为 10 是 ACC_PRIVATE和ACC_STATIC的与运算 故代理类的字段都是 private static Method ***
                    this.fields.add(new ProxyGenerator.FieldInfo(var16.methodFieldName, 
                                   "Ljava/lang/reflect/Method;", 10));
                   //生成代理类的方法
                    this.methods.add(var16.generateMethod());
                }
            }
           //为代理类生成静态代码块对某些字段进行初始化
            this.methods.add(this.generateStaticInitializer());
        } catch (IOException var10) {
            throw new InternalError("unexpected I/O Exception", var10);
        }

        if(this.methods.size() > '\uffff') { //代理类中的方法数量超过65535就抛异常
            throw new IllegalArgumentException("method limit exceeded");
        } else if(this.fields.size() > '\uffff') {// 代理类中字段数量超过65535也抛异常
            throw new IllegalArgumentException("field limit exceeded");
        } else {
            // 后面是对文件进行处理的过程
            this.cp.getClass(dotToSlash(this.className));
            this.cp.getClass("java/lang/reflect/Proxy");
            var1 = this.interfaces;
            var2 = var1.length;

            for(var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {
                var4 = var1[var3];
                this.cp.getClass(dotToSlash(var4.getName()));
            }

            this.cp.setReadOnly();
            ByteArrayOutputStream var13 = new ByteArrayOutputStream();
            DataOutputStream var14 = new DataOutputStream(var13);

            try {
                var14.writeInt(-889275714);
                var14.writeShort(0);
                var14.writeShort(49);
                this.cp.write(var14);
                var14.writeShort(this.accessFlags);
                var14.writeShort(this.cp.getClass(dotToSlash(this.className)));
                var14.writeShort(this.cp.getClass("java/lang/reflect/Proxy"));
                var14.writeShort(this.interfaces.length);
                Class[] var17 = this.interfaces;
                int var18 = var17.length;

                for(int var19 = 0; var19 < var18; ++var19) {
                    Class var22 = var17[var19];
                    var14.writeShort(this.cp.getClass(dotToSlash(var22.getName())));
                }

                var14.writeShort(this.fields.size());
                var15 = this.fields.iterator();

                while(var15.hasNext()) {
                    ProxyGenerator.FieldInfo var20 = (ProxyGenerator.FieldInfo)var15.next();
                    var20.write(var14);
                }

                var14.writeShort(this.methods.size());
                var15 = this.methods.iterator();

                while(var15.hasNext()) {
                    ProxyGenerator.MethodInfo var21 = (ProxyGenerator.MethodInfo)var15.next();
                    var21.write(var14);
                }

                var14.writeShort(0);
                return var13.toByteArray();
            } catch (IOException var9) {
                throw new InternalError("unexpected I/O Exception", var9);
            }
        }
    }

下面是将接口与Object中一些方法添加到代理类中的addProxyMethod方法

private void addProxyMethod(Method var1, Class<?> var2) {
        String var3 = var1.getName();//获得方法名称
        Class[] var4 = var1.getParameterTypes();//获得方法参数类型
        Class var5 = var1.getReturnType();//获得方法返回类型
        Class[] var6 = var1.getExceptionTypes();//异常类型
        String var7 = var3 + getParameterDescriptors(var4);//获得方法签名
        Object var8 = (List)this.proxyMethods.get(var7);//根据方法前面获得proxyMethod的value
        if(var8 != null) {//处理多个代理接口中方法重复的情况
            Iterator var9 = ((List)var8).iterator();

            while(var9.hasNext()) {
                ProxyGenerator.ProxyMethod var10 = (ProxyGenerator.ProxyMethod)var9.next();
                if(var5 == var10.returnType) {
                    ArrayList var11 = new ArrayList();
                    collectCompatibleTypes(var6, var10.exceptionTypes, var11);
                    collectCompatibleTypes(var10.exceptionTypes, var6, var11);
                    var10.exceptionTypes = new Class[var11.size()];
                    var10.exceptionTypes = (Class[])var11.toArray(var10.exceptionTypes);
                    return;
                }
            }
        } else {
            var8 = new ArrayList(3);
            this.proxyMethods.put(var7, var8);
        }

        ((List)var8).add(new ProxyGenerator.ProxyMethod(var3, var4, var5, var6, var2, null));
    }
  1. jdk中的Proxy只能为接口生成代理类,如果你想给某个类创建代理类,那么Proxy是无能为力的,此时需要我们用到下面要说的cglib了。
  2. Proxy类中提供的几个常用的静态方法大家需要掌握
  3. 通过Proxy创建代理对象,当调用代理对象任意方法时候,会被InvocationHandler接口中的invoke方法进行处理,这个接口内容是关键

CGLIB代理

JDK动态代理只能为接口创建代理,使用上有局限性。实际的场景中我们的类不一定有接口,此时如果我们想为普通的类也实现代理功能,我们就需要用到cglib来实现了。

cglib是一个强大、高性能的字节码生成库,它用于在运行时扩展Java类和实现接口;本质上它是通过动态的生成一个子类去覆盖所要代理的类(非final修饰的类和方法)。Enhancer可能是CGLIB中最常用的一个类,和jdk中的Proxy不同的是,Enhancer既能够代理普通的class,也能够代理接口。Enhancer创建一个被代理对象的子类并且拦截所有的方法调用(包括从Object中继承的toString和hashCode方法)。Enhancer不能够拦截final方法,例如Object.getClass()方法,这是由于Java final方法语义决定的。基于同样的道理,Enhancer也不能对final类进行代理操作。

CGLIB底层使用了ASM(一个短小精悍的字节码操作框架)来操作字节码生成新的类。除了CGLIB库外,脚本语言(如Groovy和BeanShell)也使用ASM生成字节码。ASM使用类似SAX的解析器来实现高性能。我们不鼓励直接使用ASM,因为它需要对Java字节码的格式足够的了解。

被代理类

public class HelloServiceImpl {
  public void sayHello(){
    //
  }
}

实现MethodInterceptor接口生成方法拦截器

public class HelloMethodInterceptor implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        System.out.println("before");
        Object obj = methodProxy.invokeSuper(o, objects);
        System.out.println("after");
        return obj;
    }
}

测试

public static void main(){
  Enhancer enhancer = new Enhancer();
  //继承被代理类
  enhancer.setSuperclass(HelloServiceImpl.class);
  //设置回调
  enhancer.setCallback(new HelloMethodInterceptor());
  //生成代理对象
  HelloServiceImpl h = (HelloServiceImpl)enhancer.create();
  h.sayHello();
}

调用委托方法是通过代理方法的MethodProxy对象调用invokeSuper方法来执行的,下面我们看看invokeSuper方法中的玄机

public Object invokeSuper(Object obj, Object[] args) throws Throwable {
    try {
        this.init();
        MethodProxy.FastClassInfo fci = this.fastClassInfo;
        return fci.f2.invoke(fci.i2, obj, args);
    } catch (InvocationTargetException var4) {
        throw var4.getTargetException();
    }
}

CGLIB中,方法的调用并不是通过反射来完成的,而是直接对方法进行调用:FastClass对Class对象进行特别的处理,比如将会用数组保存method的引用,每次调用方法的时候都是通过一个index下标来保持对方法的引用。比如下面的getIndex方法就是通过方法签名来获得方法在存储了Class信息的数组中的下标

三种代理方式之间对比

代理方式实现优点缺点特点
JDK静态代理代理类与委托类实现同一接口,并且在代理类中需要硬编码接口实现简单,容易理解代理类需要硬编码接口,在实际应用中可能会导致重复编码,浪费存储空间并且效率很低简单
JDK动态代理代理类与委托类实现同一接口,主要是通过代理类实现InvocationHandler并重写invoke方法来进行动态代理的,在invoke方法中将对方法进行增强处理不需要硬编码接口,代码复用率高只能够代理实现了接口的委托类底层使用反射机制进行方法的调用
CGLIB动态代理代理类将委托类作为自己的父类并为其中的非final委托方法创建两个方法,一个是与委托方法签名相同的方法,它在方法中会通过super调用委托方法;另一个是代理类独有的方法。在代理方法中,它会判断是否存在实现了MethodInterceptor接口的对象,若存在则将调用intercept方法对委托方法进行代理可以在运行时对类或者是接口进行增强操作,且委托类无需实现接口不能对final类以及final方法进行代理底层将方法全部存入一个数组中,通过数组索引直接进行方法调用

Cglib 总结

  • CGlib可以传入接口也可以传入普通的类,接口使用实现的方式,普通类使用会使用继承的方式生成代理类.
  • 由于是继承方式,如果是 static方法,private方法,final方法等描述的方法是不能被代理的
  • 做了方法访问优化,使用建立方法索引的方式避免了传统JDK动态代理需要通过Method方法反射调用.
  • 提供callback 和filter设计,可以灵活地给不同的方法绑定不同的callback。编码更方便灵活。
  • CGLIB会默认代理Object中equals,toString,hashCode,clone等方法。比JDK代理多了clone。

引用

https://www.jianshu.com/p/471c80a7e831
https://segmentfault.com/a/1190000020178773