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動態代理原理

2023-01-07 07:08:13 後端開發

簡介

java.lang.reflect.Proxy是整個jdk中實作動態代理的核心 類,本文主要介紹Proxy類的實作,關于Proxy類的使用請自行查閱其他資料,

Field

  • constructorParams:建構式的引數,用于代理類的核心的邏輯實作,關于InvocationHandler這個介面的介紹不是本文的重點,此處不做介紹,

private static final Class<?>[] constructorParams =
  { InvocationHandler.class };
  • proxyClassCache: 代理類的快取,此類是一個二級快取的實作,利用WeakReference的特性,當記憶體占用過高的時候會JVM自動進行回收快取中的資料,

private static final WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
   proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory());
  • h: InvocationHandler介面,用于此代理實體的呼叫處理程式,

Inner Class

  • KeyFactory:顧名思義,快取代理的key的工廠實作,此類僅一個方法,實作了BiFunction介面,具體代碼如下

private static final class KeyFactory
   implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Object>
{
   @Override
   public Object apply(ClassLoader classLoader, Class<?>[] interfaces) {
       switch (interfaces.length) {
           case 1: return new Key1(interfaces[0]); // the most frequent
           case 2: return new Key2(interfaces[0], interfaces[1]);
           case 0: return key0;
           default: return new KeyX(interfaces);
      }
  }
}

由以上代碼可見,該類的實作分為委托給了Key0,Key1,Key2,KeyX這四個類實作,其中key0是一個Object,其他的類Key1,Key2,KeyX則是分別用不同的實作對hashcode和equals方法進行了不同的實作,大同小異,這里則分別簡單的做一下解釋,

private static final class Key1 extends WeakReference<Class<?>> {
   private final int hash;
?
   Key1(Class<?> intf) {
       super(intf);
       this.hash = intf.hashCode();
  }
?
   @Override
   public int hashCode() {
       return hash;
  }
?
   @Override
   public boolean equals(Object obj) {
       Class<?> intf;
       return this == obj ||
              obj != null &&
              obj.getClass() == Key1.class &&
              (intf = get()) != null &&
              intf == ((Key1) obj).get();
  }
}
private static final class Key2 extends WeakReference<Class<?>> {
   private final int hash;
   private final WeakReference<Class<?>> ref2;
?
   Key2(Class<?> intf1, Class<?> intf2) {
       super(intf1);
       hash = 31 * intf1.hashCode() + intf2.hashCode();
       ref2 = new WeakReference<Class<?>>(intf2);
  }
?
   @Override
   public int hashCode() {
       return hash;
  }
?
   @Override
   public boolean equals(Object obj) {
       Class<?> intf1, intf2;
       return this == obj ||
              obj != null &&
              obj.getClass() == Key2.class &&
              (intf1 = get()) != null &&
              intf1 == ((Key2) obj).get() &&
              (intf2 = ref2.get()) != null &&
              intf2 == ((Key2) obj).ref2.get();
  }
}
private static final class KeyX {
   private final int hash;
   private final WeakReference<Class<?>>[] refs;
?
   @SuppressWarnings("unchecked")
   KeyX(Class<?>[] interfaces) {
       hash = Arrays.hashCode(interfaces);
       refs = (WeakReference<Class<?>>[])new WeakReference<?>[interfaces.length];
       for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
           refs[i] = new WeakReference<>(interfaces[i]);
      }
  }
?
   @Override
   public int hashCode() {
       return hash;
  }
?
   @Override
   public boolean equals(Object obj) {
       return this == obj ||
              obj != null &&
              obj.getClass() == KeyX.class &&
              equals(refs, ((KeyX) obj).refs);
  }
?
   private static boolean equals(WeakReference<Class<?>>[] refs1,
                                 WeakReference<Class<?>>[] refs2) {
       if (refs1.length != refs2.length) {
           return false;
      }
       for (int i = 0; i < refs1.length; i++) {
           Class<?> intf = refs1[i].get();
           if (intf == null || intf != refs2[i].get()) {
               return false;
          }
      }
       return true;
  }
}
  • ProxyClassFactory: 顧名思義, 代理類的生產工廠類,用于生成代理類,此類也是實作了BiFunction,技能一個apply方法,最終根據ClassLoader,Interface,proxyName引數呼叫java.lang.reflect.Proxy#defineClass0這個本地方法生成代理類,

private static final class ProxyClassFactory
   implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
{
   // 代理類名稱的前綴,我們看到的代理類的名稱都有這個前綴就是這個原因
   private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";
?
   // 用于生成代理類名稱的唯一的序號
   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) {
           /*
            * 驗證類加載器是否將此介面的名稱決議為同一類物件
            */
           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");
          }
           /*
            * 驗證此類實際是否是一個介面
            */
           if (!interfaceClass.isInterface()) {
               throw new IllegalArgumentException(
                   interfaceClass.getName() + " is not an interface");
          }
           /*
            * 校驗介面是不重復的
            */
           if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
               throw new IllegalArgumentException(
                   "repeated interface: " + interfaceClass.getName());
          }
      }
// 代理類包名
       String proxyPkg = null;  
       //代理類的訪問修飾符
       int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;
?
       /*
        * 記錄非public的代理介面的包,以至于代理類的定義是相同的包,驗證所有的非public的代理介面在相同的包中,
        */
       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) {
           //如果沒有非public的代理介面,則用com.sun.proxy這個包
           proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
      }
?
       /*
        * 為生成的代理類選擇一個名稱
        */
       long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
       //代理類名稱
       String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
?
       /*
        * 生成代理類
        */
       byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
           proxyName, interfaces, accessFlags);
       try {
           return defineClass0(loader, proxyName,
                               proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
      } catch (ClassFormatError e) {
           /*
            * 如果出現了ClassFormatError則意味著提供給代理類創建的引數還有其他一些無效方面或者生成代理的代碼有bug,(例如超出虛擬機限制)
            */
           throw new IllegalArgumentException(e.toString());
      }
  }
}
?
/**
*生成代理類的本地方法
*/
private static native Class<?> defineClass0(ClassLoader loader, String name,
                                               byte[] b, int off, int len);

核心方法

  • newProxyInstance: 回傳一個指定介面的代理類的實體,將該代理類調度到指定的處理方法,

    arguments:

    • ClassLoader:生成代理類的類加載器

    • Class<?>[]: 被代理的類實作的介面

    • InvocationHandler: 處理被代理類的方法,每一個被代理的類都將由指定的InvocationHandler處理,

    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);
      }
    ?
       /*
        * 根據類加載器和代理類實作的介面查找或者生成代理類
        */
       Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
    ?
       try {
           if (sm != null) {
               checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
          }
    //獲取建構式
           final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
           //處理程式
           final InvocationHandler ih = h;
           //訪問修飾符不是public則利用AccessController做權限控制,設定可訪問
           if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
               AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
                   public Void run() {
                       cons.setAccessible(true);
                       return null;
                  }
              });
          }
           //使用構造器反射創建代理類的實體
           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);
      }
    }

疑問

至此,代理類的實體已經創建完成,但是我們仍可能有以下幾個疑問

  • 1:代理類defineClass0方法是如何生成的?

  • 2:如何使用代理類?

  • 3:getProxyClass0是如何創建實體的?

我們帶著以上幾個疑問深入深入探討一下其中的原理,

1:代理類defineClass0方法是如何生成的?這個問題已經超綱了,僅能結合已有的只是淺顯的說一下(好像又沒說),我們都知道Java是通過虛擬機編譯.java檔案生成.class檔案,而defineClass0方法就是通過模擬JVM編譯Java檔案的程序生成class檔案的程序,這個程序包括編譯原理,虛擬機的一些底層原理,已經不再本文的探討范文之內了,也希望有了解的朋友科普一下,在此表示感謝!

2:如何使用代理類,我們在使用newProxyInstance方法創建代理類的時候傳入了一個InvocationHandler引數,這個介面里面有一個方法就是用來處理代理類的方法的,該類僅有一個invoke方法,可以通過反射去呼叫代理了的原有的邏輯,并在處理原有的邏輯的基礎上增加一些額外的邏輯,方法原型如下,

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

3:getProxyClass0是如何創建實體的,此方法沒有什么特別的邏輯,僅做了一下簡單的校驗,然后就呼叫了proxyClassCache的get方法或者代理類物件,是不是感覺上面的KeyFactory和ProxyClassFactory沒有用到呢?這個時候我們就需要重新看一下Field里面的proxyClassCache初始化的時候傳入了keyFactory和ProxyClassFactory具體的邏輯都在該類的get方法里面了,具體的實作邏輯請參照WeakCache,為了文章的專一性,本文就不再對WeakCache做介紹了,后面會有一篇專門的文章介紹WeakCache,

private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
                                      Class<?>... interfaces) {
   if (interfaces.length > 65535) {
       throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
  }
//假如代理類已經在被給的ClassLoader和代理類實作的介面已存在,那就簡單的回傳快取的副本,否則的話,就通過ProxyClassFactory創建一個新的代理類
   return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}

結語

到此為止,我們已經把Proxy中如何創建代理類的程序和原理有了完整的了解,當然還一些不完整的地方和不恰當的地方希望熱心的朋友指出和補充,

 

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/541338.html

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