Java代理机制分析——JDK代理（Proxy、InvocationHandler与示例）
前言
- Java的代理机制使得咱们能够在不修改原始的Java对象的代码的状况下，对原始的Java对象进行功能的加强。
- Java的代理机制包括了静态代理和动态代理，静态代理须要咱们为每一个须要被代理的对象编写对应的代理类，当被代理对象较多时，使用静态代理就不太合适了，而动态代理使得咱们能够把须要被代理的对象做为参数，传递给用于生成代理对象的方法，并在运行时动态地建立代理对象。
- 动态代理又包括了使用JDK api实现的JDK代理和使用cglib包实现的cglib代理，JDK代理须要被代理对象实现了接口，经过invocationHandler调用原对象方法实现代理，而cglib不须要被代理对象实现接口，经过继承原对象并重写字节码的方式实现代理。
- 本文介绍了JDK代理的机制以及简单的使用过程，JDK代理的核心包括Proxy类和InvocationHandler接口。
- 如图为Proxy类的UML图。
1 核心——Proxy类
1.1 变量/域
1.1.1 proxyClassCache
- 类型：WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
- 目的：缓存生成的代理类的class对象的工厂对象，并经过缓存的工厂对象产生代理类的class对象。
- 原理：在Proxy调用newProxyInstance方法时，会首先在缓存中查找是否存在对应代理类的class对象，若找到了则能够直接利用该class对象，生成并返回新的代理对象；不然会利用ProxyClassFactory建立新的代理类的class对象（并放入缓存），生成并返回新的代理对象。proxyClassCache经过一个静态的WeakCache缓存实现，WeakCache经过嵌套的concurrentMap实现二级缓存：一级缓存的key（key）是使用传入的ClassLoader包装而成的CacheKey（继承于WeakReference，见下）；二级缓存的key（subkey）是使用传入的接口class对象数组经过KeyFactory（见1.3.1）生成的，而二级缓存（valuesMap）的value是一个实现了supplier接口（见下）的对象。该对象是一个用于产生目标代理类class对象的工厂，对该对象调用get方法来获取真正的代理类的class对象。此外，在WeakCache中使用到了弱引用类WeakReference和一个弱引用队列ReferenceQueue解决concurrentMap的垃圾回收问题。
- supplier接口：泛型函数式接口，经过重写get方法，能够返回一个对象。
- 为何要使用WeakReference和ReferenceQueue：要解决这个问题，首先须要知道什么是强引用和弱引用。以本例来讲，当咱们直接向concurrentMap中存放一个键值对时，咱们向map中添加了三个对象的引用，键值对的entry（node），key和value，引用默认是强引用，意味着当咱们没有显式地从map中remove(key)时，这三个对象是不会被垃圾回收的。所以若是程序长时间运行而没有显式remove，map中加入了愈来愈多的对象，就可能形成性能问题。与强引用不一样的是，若是一个对象只存在弱引用，那么它在下一次垃圾回收时，就会被回收。所以，在这里使用了WeakReference弱引用包装类和ReferenceQueue弱引用队列来解决对象回收的问题。具体的作法是，将map的key包装到WeakReference中，实现key到其余对象的弱引用，可是若是只有key使用了弱引用是不够的，由于就算key被垃圾回收了，entry和value仍然没有被回收。利用ReferenceQueue能够解决这个问题，WeakReference在建立的时候须要两个参数，一个是被包装的key，另外一个则是一个指定的ReferenceQueue，key被注册到该ReferenceQueue中。当key被回收时，会向该ReferenceQueue中加入这个key。这时会产生一个看似矛盾的问题，为何想要key被回收，可是又要在它被回收的时候加入队列中？这是由于在key被回收时，咱们还须要经过它去清除map中的整个entry对象。在本例中，concurrentMap每次调用get方法时，都会执行一次清除工做，去清除存在于自身中且与ReferenceQueue中的key对应的entry，key和value，这样就能够及时清理掉一级缓存concurrentMap中过时的对象。
1.2 方法
1.2.1 newProxyInstance（核心）
- 目的：获取新的代理对象。
- 原理：根据传入的类加载器、接口class对象的数组和invocationHandler实现类，从proxyClassCache中获取一个实现了传入的接口方法的代理类的class对象，随后经过反射的方式获取class对象中的constructor，调用newInstance方法生成代理对象实例并返回。
1.2.2 getProxyClass
- 目的：从proxyClassCache中根据类加载器和接口class对象的数组返回代理类的class对象（比newProxyInstance少一个经过反射生成代理对象的步骤）。
1.2.3 defineClass0（核心）
- 目的：生成新的代理类的class对象。
- 原理：defineClass0(loader, proxyName, proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length)，经过方法生成的新的代理类的class对象中，成员变量/实例域中包含了指定的接口中的全部方法的method对象和后期经过构造方法传入的invocationHandler实现类，成员方法中实现了指定的接口中的全部方法。在外部调用代理对象的方法时，这些方法内部其实是经过代理对象中的invocationHandler，转而调用invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)，其中proxy表明代理对象自身this，method是代理对象方法对应的成员变量method对象，args是method所需参数。
1.3 内部类
1.3.1 KeyFactory
- 目的：生成proxyClassCache中二级缓存（valuesMap）的键，该键标识了传入的一组class对象。
- 原理：KeyFactory是BiFunction接口的实现类（泛型函数式接口，经过重写apply方法，能够传入两个对象，运算而后返回一个结果对象），泛型参数为BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Object>，表示能够传入一个类加载器和一个接口class对象的数组，经过apply方法**生成一个Key？对象**（见1.3.3），并返回。KeyFactory实际上并无调用classLoader，仅仅经过class<?>[]的长度判断返回哪种Key。
1.3.2 ProxyClassFactory
- 目的：生成新的代理类的class对象。
- 原理：ProxyClassFactory是BiFunction接口的实现类，泛型参数为BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>，表示能够传入一个类加载器和一个接口class对象的数组，经过apply方法生成一个代理类的class对象，并返回。apply方法中包括了生成代理类class对象的一些预处理，如检查传入的class对象数组中的class对象是否被类加载器可见、是不是接口、生成新的代理类的类名proxyName等，最后调用native的defineClass0方法（见）生成新的代理类的class对象，该class对象随后用于生成代理类实例。ProxyClassFactory的apply方法在对proxyClassCache的二级缓存的value——工厂对象调用get方法时调用。
1.3.3 Key1，Key2，KeyX
- 目的：做为proxyClassCache二级缓存的键。
- 原理：KeyFactory在生成Key？对象时，这个对象的实际类型由传入的接口class对象的数组大小决定，数组中大于2个class对象时生成KeyX类的对象/实例，而只有1个（最多见）或2个class对象时分别生成Key1类和Key2类的对象，这样作是由于针对后两种的状况进行了代码的优化。键与键之间也是用hashcode来比较的。
2 核心——InvocationHandler接口
2.1 目的
实现了让代理对象在调用接口方法时，转而执行加强的、被代理过的方法——invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)。html
2.1 原理
该接口的实现类至关于一个方法调用处理器，在Proxy.newProxyInstance调用时被传入到Proxy对象中。随后，在Proxy产生了代理类的class对象，并经过反射生成代理对象时，被传入到代理对象中。所以，代理对象调用任何方法时，都会使用invocationHandler执行定义的invoke方法。java
3 示例
3.1 InvocationHandler实现类
class InvocationHandlerImpl implements InvocationHandler { Object targetObject; public InvocationHandlerImpl(Object targetObject) { this.targetObject = targetObject; } // 由3.4 可知，proxy表明代理对象自己（此处没有使用），method表明被代理接口中当前被调用的method对象，args为method对象参数 @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { // your code before method invoked System.out.println("start to do something.."); Object result = method.invoke(targetObject, args); // your code after method invoked System.out.println("end to do something.."); return result; } }
3.2 被代理的接口
interface Person { void eat(); void drink(); }
3.3 main方法中建立接口的代理对象
public static void main(String[] args) { // JDK代理只能代理实现了接口的对象，建立这个对象传入invocationHandler实现类中，后者调用invoke方法时，method的反射调用会使用到该对象 Person person = new Person() { @Override public void eat() { System.out.println("eating..."); } @Override public void drink() { System.out.println("drinking..."); } }; Person proxyPerson = (Person) Proxy.newProxyInstance(Person.class.getClassLoader(), new Class[]{ Person.class}, new InvocationHandlerImpl(person)); proxyPerson.eat(); // 打印 start to do something.. // eating... // end to do something.. }
3.4 Proxy中自动建立的代理类class对象（简要）
public class $Proxy0 { InvocationHandler invocationHandler; Method originalEat = xxx; // 此处为接口原方法的method对象，用于invocationHandler实现类的invoke方法经过反射来调用！ Method originalDrink = xxx; public $Proxy0(InvocationHandler invocationHandler){ this.invocationHandler = invocationHandler; } // 实现了接口方法，并在每一个方法中经过invocationHandler调用加强的方法 public void eat() throws Throwable { invocationHandler.invoke(this, originalEat, null); } public void drink() throws Throwable { invocationHandler.invoke(this, originalDrink, null); } }
参考
- https://blog.csdn.net/jiankunking/article/details/52143504
- https://www.cnblogs.com/liuyun1995/p/8144676.html
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/88759564
- https://segmentfault.com/a/1190000011291179