来自：ytao

我们在阅读一些 Java 框架的源码时，基本上常会看到使用动态代理机制，它可以无感的对既有代码进行方法的增强，使得代码拥有更好的拓展性。通过从静态代理、JDK 动态代理、CGLIB 动态代理来进行本文的分析。

静态代理

静态代理就是在程序运行之前，代理类字节码 .class就已编译好，通常一个静态代理类也只代理一个目标类，代理类和目标类都实现相同的接口。接下来就先通过 demo 进行分析什么是静态代理，当前创建一个 Animal 接口，里面包含 call函数。

package top.ytao.demo.proxy;
/*** Created by YangTao*/
public interface Animal {void call();
}

创建目标类 Cat，同时实现 Animal 接口，下面是 Cat 发出叫声的实现。

package top.ytao.demo.proxy;
/*** Created by YangTao*/
public class Cat implements Animal {@Overridepublic void call() {System.out.println("喵喵喵 ~");}
}

由于 Cat 叫之前是因为肚子饿了，所以我们需要在目标对象方法 Cat#call之前说明是饥饿，这是使用静态代理实现猫饥饿然后发出叫声。

package top.ytao.demo.proxy.jdk;
import top.ytao.demo.proxy.Animal;
/*** Created by YangTao*/
public class StaticProxyAnimal implements Animal {private Animal impl;public StaticProxyAnimal(Animal impl) {this.impl = impl;}@Overridepublic void call() {System.out.println("猫饥饿");impl.call();}
}

通过调用静态代理实现猫饥饿和叫行为。

public class Main {@Testpublic void staticProxy(){Animal staticProxy = new StaticProxyAnimal(new Cat());staticProxy.call();}
}

执行结果

代理类、目标类、接口之间关系如图：

以上内容可以看到代理类中通过持有目标类对象，然后通过调用目标类的方法，实现静态代理。静态代理虽然实现了代理，但在一些情况下存在比较明显不足之处：

1. 当我们在 Animal 接口中增加方法，这时不仅实现类 Cat 需要新增该方法的实现，同时，由于代理类实现了 Animal 接口，所以代理类也必须实现 Animal 新增的方法，这对项目规模较大时，在维护上就不太友好了。

2. 代理类实现 Animal#call是针对 Cat 目标类的对象进行设置的，如果再需要添加 Dog 目标类的代理，那就必须再针对 Dog 类实现一个对应的代理类，这样就使得代理类的重用型不友好，并且过多的代理类对维护上也是比较繁琐。

上面问题，在 JDk 动态代理中就得到了较友好的解决。

JDK 动态代理

动态代理类与静态代理类最主要不同的是，代理类的字节码不是在程序运行前生成的，而是在程序运行时再虚拟机中程序自动创建的。继续用上面 Cat 类和 Animal 接口实现 JDK 动态代理。

实现 InvocationHandler 接口

JDK 动态代理类必须实现反射包中的 java.lang.reflect.InvocationHandler 接口，在此接口中只有一个 invoker 方法：

在 InvocationHandler#invoker中必须调用目标类被代理的方法，否则无法做到代理的实现。下面为实现 InvocationHandler 的代码。

/*** Created by YangTao*/
public class TargetInvoker implements InvocationHandler {// 代理中持有的目标类private Object target;public TargetInvoker(Object target) {this.target = target;}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {System.out.println("jdk 代理执行前");Object result = method.invoke(target, args);System.out.println("jdk 代理执行后");return result;}
}

在实现 InvocationHandler#invoker时，该方法里有三个参数：

• proxy 代理目标对象的代理对象，它是真实的代理对象。

• method 执行目标类的方法

• args 执行目标类的方法的参数

创建 JDK 动态代理类

创建 JDK 动态代理类实例同样也是使用反射包中的 java.lang.reflect.Proxy 类进行创建。通过调用 Proxy#newProxyInstance静态方法进行创建。

/**** Created by YangTao*/
public class DynamicProxyAnimal {public static Object getProxy(Object target) throws Exception {Object proxy = Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(), // 指定目标类的类加载target.getClass().getInterfaces(),  // 代理需要实现的接口，可指定多个，这是一个数组new TargetInvoker(target)   // 代理对象处理器);return proxy;}
}

Proxy#newProxyInstance中的三个参数（ClassLoader loader、Class[] interfaces、InvocationHandler h）：

• loader 加载代理对象的类加载器

• interfaces 代理对象实现的接口，与目标对象实现同样的接口

• h 处理代理对象逻辑的处理器，即上面的 InvocationHandler 实现类。

最后实现执行 DynamicProxyAnimal 动态代理：

public class Main {@Testpublic void dynamicProxy() throws Exception {Cat cat = new Cat();Animal proxy = (Animal) DynamicProxyAnimal.getProxy(cat);proxy.call();}
}

执行结果：

通过上面的代码，有两个问题：代理类是怎么创建的和代理类怎么调用方法的？

分析

从 Proxy#newProxyInstance入口进行源码分析：

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);}// 查找或生成指定的代理类Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);try {if (sm != null) {checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);}// 获取代理的构造器final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);final InvocationHandler ih = h;// 处理代理类修饰符，使得能被访问if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {public Void run() {cons.setAccessible(true);return null;}});}// 创建代理类实例化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);}
}

newProxyInstance 方法里面获取到代理类，如果类的作用不能访问，使其能被访问到，最后实例化代理类。这段代码中最为核心的是获取代理类的 getProxyClass0方法。

private static final WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>> proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory());
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,Class<?>... interfaces) {// 实现类的接口不能超过 65535 个if (interfaces.length > 65535) {throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");}// 获取代理类return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}

如果 proxyClassCache 缓存中存在指定的代理类，则从缓存直接获取；如果不存在，则通过 ProxyClassFactory 创建代理类。至于为什么接口最大为 65535，这个是由字节码文件结构和 Java 虚拟机规定的，具体可以通过研究字节码文件了解。

进入到 proxyClassCache#get，获取代理类:

继续进入 Factory#get查看，

最后到 ProxyClassFactory#apply，这里实现了代理类的创建。

private static final class ProxyClassFactory implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>{// 所有代理类名称都已此前缀命名private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";// 代理类名的编号private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();@Overridepublic Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);for (Class<?> intf : interfaces) {// 校验代理和目标对象是否实现同一接口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");}// 校验 interfaceClass 是否为接口if (!interfaceClass.isInterface()) {throw new IllegalArgumentException(interfaceClass.getName() + " is not an interface");}// 判断当前 interfaceClass 是否被重复if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {throw new IllegalArgumentException("repeated interface: " + interfaceClass.getName());}}// 代理类的包名String proxyPkg = null;     int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;// 记录非 public 修饰符代理接口的包，使生成的代理类与它在同一个包下for (Class<?> intf : interfaces) {int flags = intf.getModifiers();if (!Modifier.isPublic(flags)) {accessFlags = Modifier.FINAL;// 获取接口类名String name = intf.getName();// 去掉接口的名称，获取所在包的包名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) {// 如果接口类是 public 修饰，则用 com.sun.proxy 包名proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";}// 创建代理类名称long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;// 生成代理类字节码文件byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces, accessFlags);try {// 加载字节码，生成指定代理对象return defineClass0(loader, proxyName,proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);} catch (ClassFormatError e) {throw new IllegalArgumentException(e.toString());}}
}

以上就是创建字节码流程，通过检查接口的属性，决定代理类字节码文件生成的包名及名称规则，然后加载字节码获取代理实例。操作生成字节码文件在 ProxyGenerator#generateProxyClass中生成具体的字节码文件，字节码操作这里不做详细讲解。

生成的字节码文件，我们可以通过保存本地进行反编译查看类信息，保存生成的字节码文件可以通过两种方式：设置jvm参数或将生成 byte[] 写入文件。

上图的 ProxyGenerator#generateProxyClass方法可知，是通过 saveGeneratedFiles 属性值控制，该属性的值来源：

private static final boolean saveGeneratedFiles = ((Boolean)AccessController.doPrivileged(new GetBooleanAction("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles"))).booleanValue();

所以通过设置将生成的代理类字节码保存到本地。

-Dsun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles=true

反编译查看生成的代理类：

生成的代理类继承了 Proxy 和实现了 Animal 接口，调用 call方法，是通过调用 Proxy 持有的 InvocationHandler 实现 TargetInvoker#invoker的执行。

CGLIB 动态代理

CGLIB 动态代理的实现机制是生成目标类的子类，通过调用父类（目标类）的方法实现，在调用父类方法时再代理中进行增强。

实现 MethodInterceptor 接口

相比于 JDK 动态代理的实现，CGLIB 动态代理不需要实现与目标类一样的接口，而是通过方法拦截的方式实现代理，代码实现如下，首先方法拦截接口 net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor。

/*** Created by YangTao*/
public class TargetInterceptor implements MethodInterceptor {@Overridepublic Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {System.out.println("CGLIB 调用前");Object result = proxy.invokeSuper(obj, args);System.out.println("CGLIB 调用后");return result;}
}

通过方法拦截接口调用目标类的方法，然后在该被拦截的方法进行增强处理，实现方法拦截器接口的 intercept 方法里面有四个参数：

• obj 代理类对象

• method 当前被代理拦截的方法

• args 拦截方法的参数

• proxy 代理类对应目标类的代理方法

创建 CGLIB 动态代理类

创建 CGLIB 动态代理类使用 net.sf.cglib.proxy.Enhancer 类进行创建，它是 CGLIB 动态代理中的核心类，首先创建个简单的代理类：

/*** Created by YangTao*/
public class CglibProxy {public static Object getProxy(Class<?> clazz){Enhancer enhancer = new Enhancer();// 设置类加载enhancer.setClassLoader(clazz.getClassLoader());// 设置被代理类enhancer.setSuperclass(clazz);// 设置方法拦截器enhancer.setCallback(new TargetInterceptor());// 创建代理类return enhancer.create();}
}

设置被代理类的信息和代理类拦截的方法的回调执行逻辑，就可以实现一个代理类。实现 CGLIB 动态代理调用：

public class Main {@Testpublic void dynamicProxy() throws Exception {Animal cat = (Animal) CglibProxy.getProxy(Cat.class);cat.call();}
}

执行结果：

CGLIB 动态代理简单应用就这样实现，但是 Enhancer 在使用过程中，常用且有特色功能还有回调过滤器 CallbackFilter 的使用，它在拦截目标对象的方法时，可以有选择性的执行方法拦截，也就是选择被代理方法的增强处理。使用该功能需要实现 net.sf.cglib.proxy.CallbackFilter 接口。现在增加一个方法拦截的实现：

/*** Created by YangTao*/
public class TargetInterceptor2 implements MethodInterceptor {@Overridepublic Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {System.out.println("CGLIB 调用前 TargetInterceptor2");Object result = proxy.invokeSuper(obj, args);System.out.println("CGLIB 调用后 TargetInterceptor2");return result;}
}

然后在 Cat 中增加 hobby 方法，因为 CGLIB 代理无需实现接口，可以直接代理普通类，所以不需再 Animal 接口中增加方法：

package top.ytao.demo.proxy;
/*** Created by YangTao*/
public class Cat implements Animal {@Overridepublic void call() {System.out.println("喵喵喵 ~");}public void hobby(){System.out.println("fish ~");}
}

实现回调过滤器 CallbackFilter

/*** Created by YangTao*/
public class TargetCallbackFilter implements CallbackFilter {@Overridepublic int accept(Method method) {if ("hobby".equals(method.getName()))return 1;elsereturn 0;}
}

为演示调用不同的方法拦截器，在 Enhancer 设置中，使用 Enhancer#setCallbacks设置多个方法拦截器，参数是一个数组， TargetCallbackFilter#accept返回的数字即为该数组的索引，决定调用的回调选择器。

/*** Created by YangTao*/
public class CglibProxy {public static Object getProxy(Class<?> clazz){Enhancer enhancer = new Enhancer();enhancer.setClassLoader(clazz.getClassLoader());enhancer.setSuperclass(clazz);enhancer.setCallbacks(new Callback[]{new TargetInterceptor(), new TargetInterceptor2()});enhancer.setCallbackFilter(new TargetCallbackFilter());return enhancer.create();}
}

按代码实现逻辑，call 方法会调用 TargetInterceptor 类，hobby 类会调用 TargetInterceptor2 类，执行结果：

CGLIB 的实现原理是通过设置被代理的类信息到 Enhancer 中，然后利用配置信息在 Enhancer#create生成代理类对象。生成类是使用 ASM 进行生成，本文不做重点分析。如果不关注 ASM 的操作原理，只看 CGLIB 的处理原理还是比较容易读懂。这里主要看生成后的代理类字节码文件，通过设置

System.setProperty(DebuggingClassWriter.DEBUG_LOCATION_PROPERTY, "F:\\xxx");

可保存生成的字节到 F:\xxx 文件夹中

通过反编译可看到

代理类继承了目标类 Cat，同时将两个方法拦截器加载到了代理类中，通过 Callbacks 下标作为变量名后缀进行区分，最后调用指定的方法拦截器中的 intercept 实现代理的最终的执行结果。这里需要注意的是 CGLIB 动态代理不能代理 final 修饰的类和方法。

最后

通过反编译生成的 JDK 代理类和 CGLIB 代理类，我们可以看到它们两种不同机制的实现：

JDK 动态代理是通过实现目标类的接口，然后将目标类在构造动态代理时作为参数传入，使代理对象持有目标对象，再通过代理对象的 InvocationHandler 实现动态代理的操作。

CGLIB 动态代理是通过配置目标类信息，然后利用 ASM 字节码框架进行生成目标类的子类。当调用代理方法时，通过拦截方法的方式实现代理的操作。总的来说，JDK 动态代理利用接口实现代理，CGLIB 动态代理利用继承的方式实现代理。

动态代理在 Java 开发中是非常常见的，在日志，监控，事务中都有着广泛的应用，同时在大多主流框架中的核心组件中也是少不了使用的，掌握其要点，不管是开发还是阅读其他框架源码时，都是必须的。

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