JDK动态代理源码分析

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了JDK动态代理源码分析相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

当工程执行到doSomething()方法时进入了ProxyHandler类中的invoke方法,以实现了我们在真正的doSomething()方法前后增加了自己想要的功能。

为什么会进入invoke中呢?

在上述demo的main方法中调用了ProxyHandler的bind方法,

Subject sub = (Subject) proxy.bind(new RealSubject());

其实是调用了Proxy类的静态方法newProxyInstance()

Proxy.newProxyInstance(
tar.getClass().getClassLoader(), 
tar.getClass().getInterfaces(), 
this);

这里便是生成代理的关键了,我们继续跟进查看内部关键

@CallerSensitive
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces, 
InvocationHandler h)
 throws IllegalArgumentException
    
{
        Objects.requireNonNull(h);

        final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
        final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
        }

        /*
         * 获取代理类。
         */

        Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);

        /*
         * 使用指定的invocationHandler调用构造方法
         */

        try {
            if (sm != null) {
                checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
            }
            //调用代理对象的构造函数(代理对象的构造函数$Proxy0(InvocationHandler h),通过字节码反编译可以查看生成的代理类)  
            final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            final InvocationHandler ih = h;
            if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
                AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
                    public Void run() {
                        cons.setAccessible(true);
                        return null;
                    }
                });
            }
            //生成代理类的实例,并把MyInvocationHander的实例作为构造函数参数传入  
            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);
        }
    }

我们继续看是如何获取代理类的,跟入Class cl = getProxyClass0(loader, intfs)方法

   /**
    * Generate a proxy class.  Must call the checkProxyAccess method
    * to perform permission checks before calling this.
    */

    private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
                                           Class<?>... interfaces) {
        //实现接口的最大数量<65535
        if (interfaces.length > 65535) {
            throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
        }

        // If the proxy class defined by the given loader implementing
        // the given interfaces exists, this will simply return the cached copy;
        // otherwise, it will create the proxy class via the ProxyClassFactory
        //调用了get方法
        return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
    }

继续跟入proxyClassCache.get(loader, interfaces);

    /**
     * @param key       上面传入的loader,类加载器
     * @param parameter 上面方法传入的interfaces,接口数组
     */

    public V get(K key, P parameter) {
        Objects.requireNonNull(parameter);

        expungeStaleEntries();

        Object cacheKey = CacheKey.valueOf(key, refQueue);

        // lazily install the 2nd level valuesMap for the particular cacheKey
        ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap = map.get(cacheKey);
        if (valuesMap == null) {
            ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> oldValuesMap
                = map.putIfAbsent(cacheKey,
                                  valuesMap = new ConcurrentHashMap<>());
            if (oldValuesMap != null) {
                valuesMap = oldValuesMap;
            }
        }

        // create subKey and retrieve the possible Supplier<V> stored by that
        // subKey from valuesMap
        Object subKey = Objects.requireNonNull(subKeyFactory.apply(key, parameter));
        Supplier<V> supplier = valuesMap.get(subKey);
        Factory factory = null;

        while (true) {
            if (supplier != null) {
                // supplier might be a Factory or a CacheValue<V> instance
                // 返回的value是通过该方法调用的
                V value = supplier.get();
                if (value != null) {
                    return value;
                }
            }
            // else no supplier in cache
            // or a supplier that returned null (could be a cleared CacheValue
            // or a Factory that wasn't successful in installing the CacheValue)

            // lazily construct a Factory
            if (factory == null) {
                factory = new Factory(key, parameter, subKey, valuesMap);
            }

            if (supplier == null) {
                supplier = valuesMap.putIfAbsent(subKey, factory);
                if (supplier == null) {
                    // successfully installed Factory
                    supplier = factory;
                }
                // else retry with winning supplier
            } else {
                if (valuesMap.replace(subKey, supplier, factory)) {
                    // successfully replaced
                    // cleared CacheEntry / unsuccessful Factory
                    // with our Factory
                    supplier = factory;
                } else {
                    // retry with current supplier
                    supplier = valuesMap.get(subKey);
                }
            }
        }
    }

我们继续查看supplier.get()方法,该方法的实现在WeakCache的内部类Factory中,代码如下

        @Override
        public synchronized V get(
// serialize access
            // re-check
            Supplier<V> supplier = valuesMap.get(subKey);
            if (supplier != this) {
                // something changed while we were waiting:
                // might be that we were replaced by a CacheValue
                // or were removed because of failure ->
                // return null to signal WeakCache.get() to retry
                // the loop
                return null;
            }
            // else still us (supplier == this)

            // create new value
            V value = null;
            try {
                // 这里又通过valueFactory.apply(key, parameter)得到value进行返回
                value = Objects.requireNonNull(valueFactory.apply(key, parameter));
            } finally {
                if (value == null) { // remove us on failure
                    valuesMap.remove(subKey, this);
                }
            }
            // the only path to reach here is with non-null value
            assert value != null;

            // wrap value with CacheValue (WeakReference)
            CacheValue<V> cacheValue = new CacheValue<>(value);

            // try replacing us with CacheValue (this should always succeed)
            if (valuesMap.replace(subKey, this, cacheValue)) {
                // put also in reverseMap
                reverseMap.put(cacheValue, Boolean.TRUE);
            } else {
                throw new AssertionError("Should not reach here");
            }

            // successfully replaced us with new CacheValue -> return the value
            // wrapped by it
            return value;
        }
    }

继续跟踪valueFactory.apply(key, parameter)方法,该方法的实现在Proxy的内部类ProxyClassFactory中

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

            Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
            for (Class<?> intf : interfaces) {
                /*
                 * 确保该loader加载的此类(intf)
                 */

                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");
                }
                /*
                 * 确保是一个接口
                 */

                if (!interfaceClass.isInterface()) {
                    throw new IllegalArgumentException(
                        interfaceClass.getName() + " is not an interface");
                }
                /*
                 * 确保接口没重复
                 */

                if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
                    throw new IllegalArgumentException(
                        "repeated interface: " + interfaceClass.getName());
                }
            }

            String proxyPkg = null;     // package to define proxy class in
            int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;

            /*
             * 验证所有非公共的接口在同一个包内;公共的就无需处理.
             */

            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) {
                // if no non-public proxy interfaces, use com.sun.proxy package
                proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
            }

            /*
             * 为代理类生成一个名字,防止重复
             */

            long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
            String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;

            /*
             * 具体生成代理类的方法又在该方法中实现
             */

            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());
            }
        }
    }

再跟踪ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces, accessFlags)

public static byte[] generateProxyClass(final String name, Class<?>[] interfaces, int accessFlags{
        ProxyGenerator gen = new ProxyGenerator(name, interfaces, accessFlags);
        //真正生成字节码的方法
        final byte[] classFile = gen.generateClassFile();
        //如果saveGeneratedFiles为true 则生成字节码文件,所以在开始我们要设置这个参数
        //当然,也可以通过返回的bytes自己输出
        if (saveGeneratedFiles) {
            java.security.AccessController.doPrivileged( new java.security.PrivilegedAction<Void>() {
                public Void run({
                    try {
                        int i = name.lastIndexOf('.');
                        Path path;
                        if (i > 0) {
                            Path dir = Paths.get(name.substring(0, i).replace('.', File.separatorChar));
                            Files.createDirectories(dir);
                            path = dir.resolve(name.substring(i+1, name.length()) + ".class");
                        } else {
                            path = Paths.get(name + ".class");
                        }
                        Files.write(path, classFile);
                        return null;
                    } catch (IOException e) {
                        throw new InternalError( "I/O exception saving generated file: " + e);
                    }
                }
            });
        }
        return classFile;
    }

继续跟进生成generateClassFile()

private byte[] generateClassFile() {
  /* ============================================================
   * Step 1: Assemble ProxyMethod objects for all methods to generate proxy dispatching code for.
   * 步骤1:为所有方法生成代理调度代码,将代理方法对象集合起来。
   */

  //增加 hashcode、equals、toString方法
  addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);
  addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);
  addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);
  //增加接口方法
  for (Class<?> intf : interfaces) {
   for (Method m : intf.getMethods()) {
    addProxyMethod(m, intf);
   }
  }

  /*
   * 验证方法签名相同的一组方法,返回值类型是否相同;意思就是重写方法要方法签名和返回值一样
   */

  for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
   checkReturnTypes(sigmethods);
  }

  /* ============================================================
   * Step 2: Assemble FieldInfo and MethodInfo structs for all of fields and methods in the class we are generating.
   * 为类中的方法生成字段信息和方法信息
   */

  try {
   //增加构造方法
   methods.add(generateConstructor());
   for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
    for (ProxyMethod pm : sigmethods) {
     // add static field for method's Method object
     fields.add(new FieldInfo(pm.methodFieldName,
       "Ljava/lang/reflect/Method;",
       ACC_PRIVATE | ACC_STATIC));
     // generate code for proxy method and add it
     methods.add(pm.generateMethod());
    }
   }
   //增加静态初始化信息
   methods.add(generateStaticInitializer());
  } catch (IOException e) {
   throw new InternalError("unexpected I/O Exception", e);
  }

  if (methods.size() > 65535) {
   throw new IllegalArgumentException("method limit exceeded");
  }
  if (fields.size() > 65535) {
   throw new IllegalArgumentException("field limit exceeded");
  }

  /* ============================================================
   * Step 3: Write the final class file.
   * 步骤3:编写最终类文件
   */

  /*
   * Make sure that constant pool indexes are reserved for the following items before starting to write the final class file.
   * 在开始编写最终类文件之前,确保为下面的项目保留常量池索引。
   */

  cp.getClass(dotToSlash(className));
  cp.getClass(superclassName);
  for (Class<?> intf: interfaces) {
   cp.getClass(dotToSlash(intf.getName()));
  }

  /*
   * Disallow new constant pool additions beyond this point, since we are about to write the final constant pool table.
   * 设置只读,在这之前不允许在常量池中增加信息,因为要写常量池表
   */

  cp.setReadOnly();

  ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
  DataOutputStream dout = new DataOutputStream(bout);

  try {
   // u4 magic;
   dout.writeInt(0xCAFEBABE);
   // u2 次要版本;
   dout.writeShort(CLASSFILE_MINOR_VERSION);
   // u2 主版本
   dout.writeShort(CLASSFILE_MAJOR_VERSION);

   cp.write(dout);    // (write constant pool)

   // u2 访问标识;
   dout.writeShort(accessFlags);
   // u2 本类名;
   dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(className)));
   // u2 父类名;
   dout.writeShort(cp.getClass(superclassName));
   // u2 接口;
   dout.writeShort(interfaces.length);
   // u2 interfaces[interfaces_count];
   for (Class<?> intf : interfaces) {
    dout.writeShort(cp.getClass(
      dotToSlash(intf.getName())));
   }
   // u2 字段;
   dout.writeShort(fields.size());
   // field_info fields[fields_count];
   for (FieldInfo f : fields) {
    f.write(dout);
   }
   // u2 方法;
   dout.writeShort(methods.size());
   // method_info methods[methods_count];
   for (MethodInfo m : methods) {
    m.write(dout);
   }
   // u2 类文件属性:对于代理类来说没有类文件属性;
   dout.writeShort(0); // (no ClassFile attributes for proxy classes)

  } catch (IOException e) {
   throw new InternalError("unexpected I/O Exception", e);
  }

  return bout.toByteArray();
 }


以上是关于JDK动态代理源码分析的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

JDK动态代理[2]----JDK动态代理的底层实现之Proxy源码分析

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设计模式3.2-- JDK动态代理源码分析有多香?

源码分析:Spring是如何跟JDK动态代理结合

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