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經過上一節(jié)我們講了Class對象和反射機制远剩，這節(jié)就來講一下反射機制在java中的主要應用——動態(tài)代理。在講動態(tài)代理之前骇窍，會先講一下代理模式和靜態(tài)代理瓜晤。

一、代理模式

代理模式是常用的java設計模式腹纳，他的特征是代理類與委托類有同樣的接口痢掠，代理類主要負責為委托類預處理消息、過濾消息嘲恍、把消息轉發(fā)給委托類足画，以及事后處理消息等。代理類與委托類之間通常會存在關聯(lián)關系佃牛，一個代理類的對象與一個委托類的對象關聯(lián)淹辞，代理類的對象本身并不真正實現服務，而是通過調用委托類的對象的相關方法俘侠，來提供特定的服務象缀。簡單的說就是，我們在訪問實際對象時爷速，是通過代理對象來訪問的央星，代理模式就是在訪問實際對象時引入一定程度的間接性，因為這種間接性惫东，可以附加多種用途莉给，比如說Spring的AOP。代理模式結構圖（圖片來自《大話設計模式》）：

image

二廉沮、靜態(tài)代理

1颓遏、靜態(tài)代理

靜態(tài)代理：由程序員創(chuàng)建或特定工具自動生成源代碼，也就是在編譯時就已經將接口滞时，被代理類州泊，代理類等確定下來。在程序運行之前漂洋，代理類的.class文件就已經生成遥皂。

2、靜態(tài)代理簡單實現

根據上面代理模式的類圖刽漂，來寫一個簡單的靜態(tài)代理的例子演训。
首先定義一個商品接口

public interface ProductService {
    void addProduct(String productName);
}

然后定義一個商品的實現

public class ProductServiceImpl implements ProductService{

    public void addProduct(String productName) {
        System.out.println("正在添加"+productName);
    }
}

此時我們定義一個商品銷售員工，員工在添加商品的時候贝咙，會先檢查產品是否合格样悟，然后添加完后會報告一聲。

public class ProductEmployee implements  ProductService{
    ProductServiceImpl productService;

    public ProductEmployee(ProductServiceImpl productService) {
        this.productService = productService;
    }

    @Override
    public void addProduct(String productName) {
        System.out.println("檢查產品"+productName);
        productService.addProduct(productName);
        System.out.println("添加完成");
    }

    public static void main(String[] args) {
        ProductServiceImpl impl = new ProductServiceImpl();
        ProductEmployee productEmployee = new ProductEmployee (impl);
        productEmployee .addProduct("book");
    }
}

/*output
檢查產品book
正在添加book
添加完成

代理模式最主要的就是有一個公共接口（ProductService ），一個具體的類（ProductServiceImpl ）窟她，一個代理類（ProductEmployee ）,代理類持有具體類的實例陈症，代為執(zhí)行具體類實例方法。上面說到震糖，代理模式就是在訪問實際對象時引入一定程度的間接性录肯，因為這種間接性，可以附加多種用途吊说。最直白的就是在Spring中的面向切面編程（AOP）论咏，我們能在一個切點之前執(zhí)行一些操作，在一個切點之后執(zhí)行一些操作颁井，這個切點就是一個個方法厅贪。這些方法所在類肯定就是被代理了，在代理過程中切入了一些其他操作雅宾。

三养涮、動態(tài)代理

靜態(tài)代理有不少缺點，每需要一個代理類就要新增一個類眉抬，當代理類越來越多時贯吓，就會顯得非常的龐大和臃腫。而且當需要修改代理類中的方法時吐辙，就需要每個代理類都修改方法代碼，代理類越多蘸劈，越繁瑣昏苏。此時，就需要使用我們的動態(tài)代理威沫。
代理類在程序運行時創(chuàng)建的代理方式被成為動態(tài)代理贤惯。 我們上面靜態(tài)代理的例子中，代理類(ProductEmployee)是自己定義好的棒掠，在程序運行之前就已經編譯完成孵构。然而動態(tài)代理，代理類并不是在Java代碼中定義的烟很，而是在運行時根據我們在Java代碼中的“指示”動態(tài)生成的颈墅。相比于靜態(tài)代理， 動態(tài)代理的優(yōu)勢在于可以很方便的對代理類的函數進行統(tǒng)一的處理雾袱，而不用修改每個代理類中的方法恤筛。

動態(tài)代理的簡單實現

我們需要定義一個InvocationHandler的實現類

public class ProductInvocationHandler implements InvocationHandler {
    // 目標對象
    private Object target;

    /**
     * 構造方法
     * @param target 目標對象
     */
    public ProductInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }


    /**
     * 執(zhí)行目標對象的方法
     */
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // 在目標對象的方法執(zhí)行之前簡單的打印一下
        System.out.println("檢查產品");
        // 執(zhí)行目標對象的方法
        Object result = method.invoke(target, args);
        // 在目標對象的方法執(zhí)行之后簡單的打印一下
        System.out.println("添加完成");

        return result;
    }

    /**
     * 獲取目標對象的代理對象
     * @return 代理對象
     */
    public Object getProxy() {
        return Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), this);
    }
}

然后調用這個類生成代理對象，運行方法

    public static void main(String[] args) {
        ProductService impl = new ProductServiceImpl();
        ProductInvocationHandler productInvocationHandler = new ProductInvocationHandler(impl);
        ProductService proxy = (ProductService) productInvocationHandler.getProxy();
        proxy.addProduct("book");
    }

/* output
檢查產品
正在添加book
添加完成

動態(tài)代理的原理分析

通過上面例子芹橡，我們可以看到動態(tài)代理機制中有兩個重要的類和接口InvocationHandler（接口）和Proxy（類）毒坛，這兩個類Proxy和接口InvocationHandler是我們實現動態(tài)代理的核心；
InvocationHandler
InvocationHandler接口是proxy代理實例的調用處理程序實現的一個接口，每一個代理的實例都會有一個關聯(lián)的調用處理程序(InvocationHandler)煎殷。對待代理實例進行調用時屯伞，將對方法的調用進行編碼并指派到它的調用處理器(InvocationHandler)的invoke方法。所以對代理對象實例方法的調用都是通過InvocationHandler中的invoke方法來完成的豪直，而invoke方法會根據傳入的代理對象劣摇、方法名稱以及參數決定調用代理的哪個方法。
可能現在看起來會覺得有點繞顶伞，有點難懂饵撑，在學習完下面Proxy代理類的生成之后，再回來看會更好理解唆貌。

Proxy
Proxy類是用來創(chuàng)建一個代理對象的類滑潘。通過上面的簡單例子，我們可以看到創(chuàng)建獲取代理對象是通過Proxy的newProxyInstance方法得到的锨咙。那我們就以此為入口语卤，深入了解一下Proxy類。

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
                                          Class<?>[] interfaces,
                                          InvocationHandler h)
        throws IllegalArgumentException
    {
        //如果h為空將拋出異常
        Objects.requireNonNull(h);

        final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();//拷貝被代理類實現的一些接口酪刀，用于后面權限方面的一些檢查
        final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            //在這里對某些安全權限進行檢查粹舵，確保我們有權限對預期的被代理類進行代理
            checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
        }

        /*
         * 查找或生成指定的代理類
         */
        Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);

        /*
         * 使用指定的調用處理程序（invocation handler）獲取代理類的構造函數對象
         */
        try {
            if (sm != null) {
                checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
            }
            //獲取代理類的構造函數
            final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            final InvocationHandler ih = h;
            //假如代理類的構造函數是private的，就使用反射來set accessible
            if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
                AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
                    public Void run() {
                        cons.setAccessible(true);
                        return null;
                    }
                });
            }
            //根據代理類的構造函數來生成代理類的對象并返回
            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);
        }
    }

文中的注釋已經很清楚的標明了這個方法的執(zhí)行邏輯骂倘，其中有三行代碼是這個方法的重點眼滤。

• Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);生成代理類的Class
• final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);獲取代理類的構造函數
• return cons.newInstance(new Object[]{h});通過構造函數創(chuàng)建代理類實例

其中的重中之重就是getProxy0這個方法了，因為后面兩個就是反射的常用方法。

getProxyClass0(loader, intfs)
我們跟進去看一下這個方法的代碼：

/**
     * 生成一個代理類，但是在調用本方法之前必須進行權限檢查
     */
    private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
                                           Class<?>... interfaces) {
        //如果接口數量大于65535养泡，拋出非法參數錯誤
        if (interfaces.length > 65535) {
            throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
        }

       
        // 如果在緩存中有對應的代理類王浴，那么直接返回
        // 否則代理類將有 ProxyClassFactory 來創(chuàng)建
        return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
    }

這里說的ProxyClassFactory是在Proxy類下的一個靜態(tài)類

/**
     *  一個工廠函數，用于生成、定義和返回給定ClassLoader和接口數組的代理類。 
     *
     */
    private static final class ProxyClassFactory
        implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
    {
        // 代理類的名字的前綴統(tǒng)一為“$Proxy”
        private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";

        // 每個代理類前綴后面都會跟著一個唯一的編號，如$Proxy0场刑、$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) {
                /*
                 * 驗證類加載器加載接口得到對象是否與由apply函數參數傳入的對象相同
                 */
                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");
                }
                /*
                 * 驗證這個Class對象是不是接口
                 */
                if (!interfaceClass.isInterface()) {
                    throw new IllegalArgumentException(
                        interfaceClass.getName() + " is not an interface");
                }
                /*
                 * 驗證這個接口是否重復
                 */
                if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
                    throw new IllegalArgumentException(
                        "repeated interface: " + interfaceClass.getName());
                }
            }

            String proxyPkg = null;     // 聲明代理類所在的package
            int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;

            /*
             * 記錄一個非公共代理接口的包蚪战，以便在同一個包中定義代理類牵现。同時驗證所有非公共
             * 代理接口都在同一個包中
             */
            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，那么生成的代理類就在com.sun.proxy package下
                proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
            }

            /*
             * 為代理類生成一個name  package name + 前綴+唯一編號
             * 如 com.sun.proxy.$Proxy0.class
             */
            long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
            String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;

            /*
             * 生成指定代理類的字節(jié)碼文件
             */
            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());
            }
        }
    }

從注釋中可以得知邀桑，ProxyClassFactory是通過ProxyGenerator.generateProxyClass方法生成的代理類的字節(jié)碼文件施籍。由于這個jar包不公開，所以我們可以在百度Google上搜一下概漱，或者通過OpenJDK來查看丑慎，兩者的這部分代碼基本一致。OpenJDK ProxyGenerator.java

public static byte[] generateProxyClass(final String name,
                                            Class[] interfaces)
    {
        ProxyGenerator gen = new ProxyGenerator(name, interfaces);
        //生成獲取字節(jié)碼
        final byte[] classFile = gen.generateClassFile();

      //是否將二進制保存到本地文件中，saveGeneratedFiles由參數sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles決定竿裂。
        if (saveGeneratedFiles) {
            java.security.AccessController.doPrivileged(
            new java.security.PrivilegedAction<Void>() {
                public Void run() {
                    try {
                        FileOutputStream file =
                            new FileOutputStream(dotToSlash(name) + ".class");
                        file.write(classFile);
                        file.close();
                        return null;
                    } catch (IOException e) {
                        throw new InternalError(
                            "I/O exception saving generated file: " + e);
                    }
                }
            });
        }

        return classFile;
    }

我們繼續(xù)跟進生成字節(jié)碼的gen.generateClassFile()方法

private byte[] generateClassFile() {
    /* ============================================================
    * Step 1: 為所有方法組裝ProxyMethod對象玉吁，以為其生成代理調度代碼
    */
    //生成proxy代理類的hashcode，equals腻异，toString方法
    addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);
    addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);
    addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);

    //添加各個接口的方法
    //這就是為什么我們能夠通過代理調用接口方法實現的原因
    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]);
        }
    }

    //檢查返回類型
    for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
        checkReturnTypes(sigmethods);
    }

   /* ============================================================
    * Step 2: 為我們生成的類中的所有字段和方法組裝FieldInfo和MethodInfo結構进副。
    */
    //編譯成class的相關內容
    try {
        methods.add(generateConstructor());

        for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
            for (ProxyMethod pm : sigmethods) {
                fields.add(new FieldInfo(pm.methodFieldName,
                        "Ljava/lang/reflect/Method;", ACC_PRIVATE
                                | ACC_STATIC));

                methods.add(pm.generateMethod());
            }
        }

        methods.add(generateStaticInitializer());

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

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

    /* ============================================================
    * Step 3: 將組織好的class文件寫入到文件中
    */
    //在開始編寫最終類文件之前，請確保為以下項保留了常量池索引
    cp.getClass(dotToSlash(className));
    cp.getClass(superclassName);
    for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
        cp.getClass(dotToSlash(interfaces[i].getName()));
    }

    //設置為只讀模式悔常，在此之后不允許添加新的常量池影斑，因為我們將要編寫一個final常量池表。
    cp.setReadOnly();

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

    try {
        //以下是class文件的結構机打，想深入了解的話可以看深入Java虛擬機
        // 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 new InternalError("unexpected I/O Exception");
    }

    return bout.toByteArray();
}

查看生成的Proxy代理類
到這里矫户，我們就基本解析完了Java Proxy在動態(tài)代理中的作用了。不過大家可能會對動態(tài)代理生成出來的代理類具體結構有疑問残邀。為了更好地了解Proxy代理類的結構（順便加深印象）皆辽，我們不妨通過FileOutputStream 來將generateProxyClass創(chuàng)建的二進制生成相應的class文件

    public static void main(String[] args) {
        String name = "ProductServiceProxy";
        byte[] data = sun.misc.ProxyGenerator.generateProxyClass(name,
                new Class[] { ProductService.class });
        try {
            FileOutputStream out = new FileOutputStream(name + ".class");
            out.write(data);
            out.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

運行后在項目根目錄會找到一個ProductServiceProxy.class文件，我們通過反編譯打開

import com.example.javabase.proxyDemo.ProductService;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;

public final class ProductServiceProxy
  extends Proxy
  implements ProductService
{
  private static Method m1;
  private static Method m2;
  private static Method m3;
  private static Method m0;
  
  public ProductServiceProxy(InvocationHandler paramInvocationHandler)
  {
    super(paramInvocationHandler);
  }
  
  public final boolean equals(Object paramObject)
  {
    try
    {
      return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue();
    }
    catch (Error|RuntimeException localError)
    {
      throw localError;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
      throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
    }
  }
  
  public final String toString()
  {
    try
    {
      return (String)this.h.invoke(this, m2, null);
    }
    catch (Error|RuntimeException localError)
    {
      throw localError;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
      throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
    }
  }
  
  public final void addProduct(String paramString)
  {
    try
    {
      this.h.invoke(this, m3, new Object[] { paramString });
      return;
    }
    catch (Error|RuntimeException localError)
    {
      throw localError;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
      throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
    }
  }
  
  public final int hashCode()
  {
    try
    {
      return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
    }
    catch (Error|RuntimeException localError)
    {
      throw localError;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
      throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
    }
  }
  
  static
  {
    try
    {
      m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") });
      m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
      m3 = Class.forName("com.example.javabase.proxyDemo.ProductService").getMethod("addProduct", new Class[] { Class.forName("java.lang.String") });
      m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
      return;
    }
    catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException)
    {
      throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());
    }
    catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException)
    {
      throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());
    }
  }
}

從上面我們可以很清楚的看到芥挣，代理類的方法調用最后還是通過InvocationHandler.invoke反射調用到了被代理類的方法驱闷。代理的大概結構包括4部分：

• 靜態(tài)字段：被代理的接口所有方法都有一個對應的靜態(tài)方法變量；
• 構造函數：從這里傳入我們InvocationHandler邏輯空免；
• 具體每個代理方法：邏輯都差不多就是 h.invoke空另，主要是調用我們定義好的invocatinoHandler邏輯,觸發(fā)目標對象target上對應的方法;
• 靜態(tài)塊：主要是通過反射初始化靜態(tài)方法變量；

同時蹋砚，因為所有代理類都繼承了Proxy類扼菠，所以JDK動態(tài)代理只能對接口進行代理，Java的繼承機制注定了這些動態(tài)代理類們無法實現對class的動態(tài)代理都弹。

延伸

自己動手寫一個動態(tài)代理