动态代理和类加载

本节主要复习动态代理和类加载机制。这2个知识点是非常重要的，也是很常见的，可能我们自己用的并不多，但是很多框架中的基础都是它们2个。如果不知道这些知识那么看那些开源框架的源码就会很吃力。是谓基础不牢地动山摇

类加载

还是按标准的灵魂5问来学习：

什么是类加载
怎么使用类加载
类加载的优缺点
类加载的原理
类加载的使用场景

什么是类加载
类加载是一种机制是一套流程和动作。我们写的源码其实就是文本文件，如我们写的第一个java程序 HelloWorld.java 。这个就是源文件给人看的。

但是这个文件并不能直接运行，需要编译成HelloWorld.class 这个是字节码文件打开里面其实是二进制，但是一般不会显示0101这种而是会以16进制显示。这个给java虚拟机看的。

你要看到话需要对着-java虚拟机规范表才知道代表什么意思。这个也是不能直接在电脑上运行的。它只能运行在JVM中，怎么运行，当我们执行java HelloWorld

这里java 就代表运行虚拟机，后面的HelloWorld就是我们的字节码，意思就是运行虚拟机然后在虚拟机上运行HelloWorld 字节码。虚拟机会把字节码翻译成对应操作系统能识别的机器码就可以在电脑上运行了。
类加载就是：虚拟机通过全限定名（就是路径）把字节码文件读取进内存，怎么读?肯定是IO啊，然后进行必要的验证、准备、解析、初始化等工作最后转为规定的数据结构存储在内存中方法区，并且生成一个Class对象来描述这个类文件，后续通过这个Class就可以访问到这个类文件。

怎么使用类加载
首先需要搞清楚类加载器有哪些，并不是所有的类都是又一种类加载器去加载的，比如JDK自带的类，我们自己写的类。根据官方文档类加载器有3种：

BootStrap ClassLoder —BootstrapClassLoader引导类加载器，这个是最顶层的类加载器，它主要加载核心类库，JRE中的库具体就是%JRE_HOME%\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等。这里提一句JDK：java develop kit 就是开发工具包。 JRE：Java Runtime Enviroment是指Java的运行环境。
Extention ClassLoader --ExtClassLoader扩展类加载器，加载我们开发用的到基础库，不懂的可以点进去看看有哪些类具体目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下的jar包和class文件。
Appclass ClassLoader—AppClassLoader也称为SystemAppClass 加载当前应用的classpath的所有类。就是你自己写的类。

BootstrapClassLoader这个类在虚拟机中是C++编写的。不过在Launcher中也有一个BootClassPathHolder 私有的静态内部类
AppClassLoader和ExtClassLoader 是java编写的在 sun.misc包下其实是Launcher中的2个静态内部类。
这3个类我们都改了不了什么，系统的东西。
不过我们可以自定义自己的类加载器只要继承ClassLoader就行了。举个栗子：
步骤也很简单：
1.写一个类继承自ClassLoader抽象类。
2.复写它的findClass()方法。
3.在findClass()方法中调用defineClass()。
如：

package com.zh.loader;import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;/*** @descriable 自定义苹果 类 加载器*/
public class AppleLoader extends ClassLoader {private static String TAG = "AppleLoader";/**就是.class文件的路径 如果是放在D盘 则 D:/*/private String mDir;public AppleLoader(String dir) {MainLoader.println(TAG, dir);this.mDir = dir;}@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {//这个name是全限定名 什么意思？//其实就是包名加类名。如本类的全限定名就是 com.zh.loader.AppleLoader.class。//本质其实还是路径  因为你编译后的路径会变成 磁盘路径+com/zh/loader/AppleLoader.classMainLoader.println(TAG, name);byte[] data = new byte[1024];InputStream inputStream;ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream;try {File file = new File(mDir, getFileName(name));inputStream = new FileInputStream(file);byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();int len = 0;while ((len = inputStream.read(data)) != -1) {MainLoader.println(TAG, len);byteArrayOutputStream.write(data, 0, len);}//这部分就是把Apple.class文件从磁盘读取出来 byte[] buff = byteArrayOutputStream.toByteArray();inputStream.close();byteArrayOutputStream.close();MainLoader.println(TAG, buff.length);//defineClass是原生方法：可以把符合虚拟机规则的 byte[]数组 转化成为描述类文件的Class对象return defineClass(name, buff, 0, buff.length);} catch (FileNotFoundException e) {e.printStackTrace();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return super.findClass(name);}// 获取要加载 的class文件名private String getFileName(String name) {int index = name.lastIndexOf('.');if (index == -1) {return name + ".class";} else {return name.substring(index + 1) + ".class";}}
}

上面的注释已经很清楚了，关键点就是全限定名的理解。加载了类有什么用？什么都看不见啊所以还需要进行测试：
先编写一个Apple.java 编译成Apple.class,然后把Apple.class放到电脑E盘根目录下（随便你放到哪）。

package com.zh.loader;public class Apple {public void describe() {System.out.println("我是苹果");}
}

这样我们就从APK外部加载了一个类进我们的虚拟机，如何用这个类？只能通过反射如：

public static void main(String[] args) {try {println(TAG, "测试自定义类加载");AppleLoader loader = new AppleLoader("E:\\");Class<?> aClass = loader.loadClass("com.zh.loader.Apple");Method[] declaredMethods = aClass.getDeclaredMethods();declaredMethods[0].invoke(aClass.newInstance());} catch (Exception e) {println(TAG, e);}}

运行结果：

可以看到我们的工程中没Apple类，但是却可以使用。这个Apple类我们可以放到本地，也可以放到网络上，用的时候再下载过来。这个就是热修复和插件化的基础。还可以动态替换掉类。

类加载的优缺点
优点：

动态的替换和增加额外的类。
热修复热更新插件化

缺点：

需要反射使用很慢
非常规手段有风险

类加载的原理
原理就是多啦，涉及了虚拟机的类加载机制。主要的源码就是ClassLoader中的loadClass()方法。它涉及双亲加载机制。源码如下：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException{synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// First, check if the class has already been loadedClass<?> c = findLoadedClass(name);if (c == null) {long t0 = System.nanoTime();try {if (parent != null) {c = parent.loadClass(name, false);} else {c = findBootstrapClassOrNull(name);}} catch (ClassNotFoundException e) {// ClassNotFoundException thrown if class not found// from the non-null parent class loader}if (c == null) {// If still not found, then invoke findClass in order// to find the class.long t1 = System.nanoTime();c = findClass(name);// this is the defining class loader; record the statssun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}}

可以看到它是通过递归的方式去加载类，这就是双亲加载机制。
具体解释：
类从被加载到虚拟机内存中开始，直到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括了：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。其中，验证、准备和解析这三个部分统称为连接（linking）。
resolveClass：就是用来连接的。这个方法给Classloader用来链接一个类，如果这个类已经被链接过了，那么这个方法只做一个简单的返回。否则，这个类将被按照 Java规范中的Execution描述进行链接。等下我们来研究这个resolveClass()方法什么时候才会执行。
比如我们自定义的这个类加载器：
resolve一直都是会是false;所以其实我们调用loadClass时，并不会出发类的初始化。可以验证如下：
我们修改一下Apple类增加一段静态代码块，

package com.zh.loader;public class Apple {static{System.out.println("我被初始化了");}public void describe() {System.out.println("我是苹果");}
}

测试，先注释反射调用相关，就只加载

public static void main(String[] args) {try {println(TAG, "测试自定义类加载");AppleLoader loader = new AppleLoader("E:\\");Class<?> aClass = loader.loadClass("com.zh.loader.Apple");
//          Method[] declaredMethods = aClass.getDeclaredMethods();
//          declaredMethods[0].invoke(aClass.newInstance());} catch (Exception e) {println(TAG, e);}}

运行结果：

接着加上反射调用方法：

public static void main(String[] args) {try {println(TAG, "测试自定义类加载");AppleLoader loader = new AppleLoader("E:\\");Class<?> aClass = loader.loadClass("com.zh.loader.Apple");Method[] declaredMethods = aClass.getDeclaredMethods();declaredMethods[0].invoke(aClass.newInstance());} catch (Exception e) {println(TAG, e);}}

运行结果：

类的加载和类的初始化。
这里要搞清楚，类的加载和类的初始化是2个不同的东西。加载只是把类文件读取进内存并生成一个Class对象。初始化才是运行类中的代码。类中的静态代码。

什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段:“加载”。虚拟机规范中并没强行约束，这点可以交给虚拟机的的具体实现自由把握，但是对于初始化阶段虚拟机规范是严格规定了如下几种情况，如果类未初始化会对类进行初始化。
1.遇到new，getstatic，putstatic，invokestatic这4条指令；
2.初始化一个类的时候，如果发现其父类没有进行过初始化，则先初始化其父类（注意！如果其父类是接口的话，则不要求初始化父类）；
3.访问类的静态变量(除常量【被final修辞的静态变量】原因:常量一种特殊的变量，因为编译器把他们当作值(value)而不是域(field)来对待。如果你的代码中用到了常变量(constant variable)，编译器并不会生成字节码来从对象中载入域的值，而是直接把这个值插入到字节码中。这是一种很有用的优化，但是如果你需要改变final域的值那么每一块用到那个域的代码都需要重新编译。
4.使用java.lang.reflect包的方法，对垒进行反射调用的时候，如果没有初始化，则先触发初始化
5.虚拟机启动时，定义了main()方法的那个类先初始化

以上情况称为称对一个类进行“主动引用”，除此种情况之外，均不会触发类的初始化，称为“被动引用”
接口的加载过程与类的加载过程稍有不同。接口中不能使用static{}块。当一个接口在初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化，只有真正在使用到父接口时（例如引用接口中定义的常量）才会初始化。

以下情况会触发类的初始化：

1.遇到new，getstatic，putstatic，invokestatic这4条指令；
2.使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用；
3.初始化一个类的时候，如果发现其父类没有进行过初始化，则先初始化其父类（注意！如果其父类是接口的话，则不要求初始化父类）；

以下情况不会触发类的初始化：
1同类子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化。至于是否会触发子类的加载和验证，取决于虚拟机的具体实现；
2通过数组定义来引用类，也不会触发类的初始化；例如：People[] ps = new People[100];
3.引用一个类的常量也不会触发类的初始化

双亲委派：
前面说过，系统的类加载器有3种,具体的关系:
BootstrapClassLoader（祖父）–>ExtClassLoader（爷爷）–>AppClassLoader(也称为SystemClassLoader)（爸爸）–>自定义类加载器（儿子）
彼此相邻的两个为父子关系，前为父，后为子。
比如现在我们写了一个类Apple，整个加载过程如下：

简单描述一下：
1
一个AppClassLoader查找资源时，先看看缓存是否有，缓存有从缓存中获取，否则委托给父加载器。
2
递归，重复第1部的操作。
3
如果ExtClassLoader也没有加载过，则由Bootstrap ClassLoader出面，它首先查找缓存，如果没有找到的话，就去找自己的规定的路径下，也就是
sun.mic.boot.class下面的路径。找到就返回，没有找到，让子加载器自己去找。
4
Bootstrap ClassLoader如果没有查找成功，则ExtClassLoader自己在java.ext.dirs路径中去查找，查找成功就返回，查找不成功，再向下让子加载器找。
5
ExtClassLoader查找不成功，AppClassLoader就自己查找，在java.class.path路径下查找。找到就返回。如果没有找到就让子类找，如果没有子类会怎么样？抛出各种异常。
上面的序列，详细说明了双亲委托的加载流程。我们可以发现委托是从下向上，然后具体查找过程却是自上至下。

双亲委托模型好处
因为这样可以避免重复加载，当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要 ClassLoader再加载一次。考虑到安全因素，我们试想一下，如果不使用这种委托模式，那我们就可以随时使用自定义的String来动态替代java核心api中定义的类型，这样会存在非常大的安全隐患，而双亲委托的方式，就可以避免这种情况，因为String已经在启动时就被引导类加载器（Bootstrcp ClassLoader）加载，所以用户自定义的ClassLoader永远也无法加载一个自己写的String，除非你改变JDK中ClassLoader搜索类的默认算法。

类与类加载器
类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在Java程序中起到的作用却远远不限于类加载阶段。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。这句话可以表达更通俗一些：比较两个类是否”相等”，只有再这两个类是有同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个Class 文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。

类隔离机制
同一个类Dog可以加载两次（只要loader1和loader3不是父子关系即可，加载出的 Class 对象不同），不同运行空间内的类不能互相访问（eg. loader1和loader3不是父子关系，则Loader1加载的Dog不能访问lodaer3加载的Sample）
父类加载器无法访问到子类加载器加载的类，除非使用反射。Eg. Loader1 的父加载器是系统类加载器，假设 Sample 类由 loader1 加载，使用 loader1 的类 Test 是由系统类加载器加载的，例如下面这段代码属于 Test 类，那么如果直接使用注释部分的代码（即通过常规的方式使用 Sample 是不行的），必须通过反射。

类加载的使用情景
热修复，插件化的开源框架使用的比较多。我们平时开发基本不用。但是如果你不理解的那么插件化等框架就用不好。

其实具体可以去看研究《深入理解Java虚拟机》第二版。讲得非常详细，同时也很比较难理解需要多看几遍。

动态代理

什么是动态代理
怎么使用动态代理
动态代理的优缺点
类加载的动态代理
动态代理的使用场景

什么是动态代理
代理生活中常见的就是被告-律师-法官。法官提问题，被告回答一点，然后就是律师去回答。
代码中的代理也类似。有一种模式就叫代理模式。

动态代理就是不需要提前写代理类的代理模式。
怎么使用动态代理
这个也简单，和静态代理类似有个基本套路在、举个例子：现在有个接口描述水果。

public interface IFruit {void descriabe();
}

public class Apple implements IFruit{@Overridepublic void descriabe() {System.out.println("我是苹果！！！");}}

如果是静态代理的话：

public class AppleProxy implements IFruit {private IFruit mFruit;public AppleProxy(IFruit mFruit) {this.mFruit = mFruit;}@Overridepublic void descriabe() {System.out.println("吃的");mFruit.descriabe();System.out.println("甜的");}}

测试：

 public static void main(String[] args) {IFruit fruit = new AppleProxy(new Apple());fruit.descriabe();}

运行结果：

这个比较简单。那怎么处理不写AppleProxy也可以增强desciable();
答案就是动态代理。其实java提供好了一套动态代理API流程如下：
定义一个类实现InvocationHandler接口

public class AppleDynamicProxy implements InvocationHandler {private Object object;public AppleDynamicProxy(Object object) {this.object = object;}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)throws Throwable {System.out.println("吃的");method.invoke(object, args);System.out.println("甜的");return null;}}

然后测试

 public static void main(String[] args) {Apple apple = new Apple();InvocationHandler invocationHandler = new AppleDynamicProxy(apple);Class<?> class1 = Apple.class;IFruit fruit = (IFruit) Proxy.newProxyInstance(class1.getClassLoader(),class1.getInterfaces(), invocationHandler);fruit.descriabe();}

运行结果：

可以看到我们的AppleDynamicProxy并没有继承IFruit接口，但是收到describe()方法，并且在它调用前后进行了增强。
动态代理的优缺点
优点：不修改被代理对象的源码上，进行功能的增强。
缺点：暂无-可能用到反射会比较慢
动态代理的原理
主要用到了反射，如果对反射不熟悉的，看起来可能比较吃力。

动态代理的使用场景
这取决于你自己想干什么。主要看业务的需求。

关键就这个newProxyInstance通过名字就知道创建一个代理类的实例。getProxyClass0会根据你传入的类加载器和接口去生成一个代理类。
总结
代理分为静态代理和动态代理两种。
静态代理，代理类需要自己编写代码写成。
动态代理，代理类通过 Proxy.newInstance() 方法生成。
不管是静态代理还是动态代理，代理与被代理者都要实现两样接口，它们的实质是面向接口编程。
静态代理和动态代理的区别是在于要不要开发者自己定义 Proxy 类。
动态代理通过 Proxy 动态生成 proxy class，但是它也指定了一个 InvocationHandler 的实现类。
代理模式本质上的目的是为了增强现有代码的功能。

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