深入剖析JDK动态代理源码实现

动态代理、静态代理优缺点

优点：业务类只需要关注业务逻辑本身，保证了业务类的重用性。这是代理的共有优点。动态代理只有在用到被代理对象的时候才会对被代理类进行类加载。而静态代理在编译器就已经开始占内存了。。
缺点：
1）代理对象的一个接口只服务于一种类型的对象，如果要代理的方法很多，势必要为每一种方法都进行代理，静态代理在程序规模稍大时就无法胜任了。
2）如果接口增加一个方法，除了所有实现类需要实现这个方法外，所有代理类也需要实现此方法。增加了代码维护的复杂度。

弱引用

被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。在JDK 1.2之后，提供了WeakReference类来实现弱引用。jdk动态代理使用WeakCache 类对代理类对象进行缓存，代理类的引用就是采用的虚引用key 继承自WeakReference 。

借助JDK实现一个动态代理

JDK动态代理步骤

步骤一、编写代理接口

package com.cbam.demo.dynamicProxy;/*** CopyRright (c)2014-2016 Haerbin Hearglobal Co.,Ltd* Project: demo* Comments:* Author:cbam* Create Date:2017/3/29* Modified By:* Modified Date:* Modified Reason:*/
public interface HelloService {void sayHello(String name);
}

步骤二、编写接口实现类

package com.cbam.demo.dynamicProxy;/*** CopyRright (c)2014-2016 Haerbin Hearglobal Co.,Ltd* Project: demo* Comments:* Author:cbam* Create Date:2017/3/29* Modified By:* Modified Date:* Modified Reason:*/
public class HelloServiceImpl implements HelloService {@Overridepublic void sayHello(String name) {System.out.println("Hello " + name);}
}

步骤二、编写接口实现类

package com.cbam.demo.dynamicProxy;/*** CopyRright (c)2014-2016 Haerbin Hearglobal Co.,Ltd* Project: demo* Comments:* Author:cbam* Create Date:2017/3/29* Modified By:* Modified Date:* Modified Reason:*/
public class HelloServiceImpl implements HelloService {@Overridepublic void sayHello(String name) {System.out.println("Hello " + name);}
}

步骤三、编写InvocationHandler 实现类

package com.cbam.demo.dynamicProxy;import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;/*** CopyRright (c)2014-2016 Haerbin Hearglobal Co.,Ltd* Project: demo* Comments:* Author:cbam* Create Date:2017/3/29* Modified By:* Modified Date:* Modified Reason:*/
public class ProxyInvocationHandler implements InvocationHandler {//要代理的对象private Object target;public ProxyInvocationHandler(Object target) {this.target = target;}public Object getProxy() {return Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), target.getClass().getInterfaces(),this);}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {System.out.println("----- before -----");Object rtn = method.invoke(target, args);System.out.println("----- after -----");return rtn;}
}

步骤四、编写InvocationHandler 实现类

package com.cbam.demo.dynamicProxy;import sun.misc.ProxyGenerator;import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;/*** CopyRright (c)2014-2016 Haerbin Hearglobal Co.,Ltd* Project: demo* Comments:* Author:cbam* Create Date:2017/3/29* Modified By:* Modified Date:* Modified Reason:*/
public class Main {public static void main(String[] args) {HelloService helloService = new HelloServiceImpl();ProxyInvocationHandler proxyInovationHandler = new ProxyInvocationHandler(helloService);HelloService proxy = (HelloService) proxyInovationHandler.getProxy();proxy.sayHello("梁舒");}
}

输出：

----- before -----
Hello 梁舒
----- after -----

前面代码示例展示了jdk动态代理怎么玩儿。下面我们来分析一下， jdk底层到底搞了啥就生成了代理类：
首先我们从获取代理类的方法中的Proxy.newProxyInstance

 public Object getProxy() {return Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), target.getClass().getInterfaces(),this);}

点进去，可以在Proxy 中看到该静态方法的签名：

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)throws IllegalArgumentException

该方法的注释：

Returns an instance of a proxy class for the specified interfaces that dispatches method invocations to the specified invocation handler.返回一个特定接口的代理类的实例， 代理类对象可以分发method调用到专门的调用处理器。

待会儿就能理解这句话的含义了。根据javaDoc 得出：
第一个参数为一个类加载器，就是指定一个类加载器来加载所生成的代理类的字节码而已。
第二个参数为代理类要去实现的接口
第三个参数就是我们所定义的invocation handler 我们毕竟刚才传递的是this 嘛
再看整个方法里面的核心逻辑（删除部分校验逻辑）：

  @CallerSensitivepublic static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)throws IllegalArgumentException{Objects.requireNonNull(h);//接口克隆了一份final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();/** Look up or generate the designated proxy class.* 查询或着生成指定的代理类， 之所以查询是因为， 之前曾经生成* 的代理类可能被缓存了。 在这里只是生成了代理类class对象* 而已*/Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);//在这里根据class对象拿到代理类构造方法final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);final InvocationHandler ih = h;if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {public Void run() {cons.setAccessible(true);return null;}});}//这里真正的创建了 一个代理对象的实例， //我们留一个疑问， 为什么传过去一个包含h的数组？？？return cons.newInstance(new Object[]{h});} catch (IllegalAccessException|InstantiationException e) {。。。。。}

我们接下来把getProxyClass0() 方法逻辑拉出来

  private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,Class<?>... interfaces) {if (interfaces.length > 65535) {throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");}return proxyClassCache.get(loader, interfaces);}

可以看到Cache字眼了，如果缓存中存在代理类，直接从Cache取出，否则生成并缓存。这里有意思的是如何进行的缓存？如何判断的代理类是否是同一个？

缓存逻辑

继续看下proxyClassCache.get() 方法逻辑，这个方法在WeakCache 类中实现。而proxyClassCache 只是Proxy 类的一个WeakCache 类组合对象，在Proxy 类是这样定义的：

private static final WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory());

观察WeakCache 构造参数，里面传入了两个工厂实例，两个工厂均实现了BiFunction 函数接口， KeyFactory 用来生产缓存 key ，ProxyClassFactory 用来生产字节码。

看看WeakCache 类用什么来进行的缓存：

可以看到使用两层ConcurrentHashMap来存的：(key, sub-key) -> value} 其中key 和 value是弱引用， sub-key 是强引用。其中的key 就是我们指定的类加载器。 sub-key 是通过subKeyFactory 工厂方法产生， value 是通过valueFactory 工厂产生，在上图WeakCache 中都能找到。
怎么获取到key ？

Object cacheKey = CacheKey.valueOf(key, refQueue);

点开valueOf，可以看到CacheKey 是WeakCache 的一个实现了WeakReference 的静态内部类，其中有个静态valueOf 方法来产生我们上面所说的第一个参数key ， super(key, refQueue); 这句话意味着，将类加载器作为了弱引用的key 。refQueue 表示弱引用队列（会被清理）。

 private static final class CacheKey<K> extends WeakReference<K> {private static final Object NULL_KEY = new Object();static <K> Object valueOf(K key, ReferenceQueue<K> refQueue) {return key == null? NULL_KEY: new CacheKey<>(key, refQueue);}private final int hash;private CacheKey(K key, ReferenceQueue<K> refQueue) {super(key, refQueue);this.hash = System.identityHashCode(key);  // compare by identity}

怎么拿到的subKey ？

Object subKey = Objects.requireNonNull(subKeyFactory.apply(key, parameter));

看下subKeyFactory.apply() 方法代码，方法实现还是在Proxy 类的KeyFactory 静态内部工厂中。Key1 类并没有对实例的弱引用

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

怎么拿到的Supplier ？我们缓存Map 的第二层Map 中的也就是我们的代理类，存的就是我们下面这个工厂实例，实现了Supplier ，其实Factroy类就是对我们缓存Map 第二层Map的一个封装。只有当我们拿到Supplier调用里面的 get 方法时才会返回真正的代理类。注意当调用 get 方法首先从缓存的第二层Map中取，如果没有
那么调用

 value = Objects.requireNonNull(valueFactory.apply(key, parameter));

其中valueFactory 是我们上面说过的java.lang.reflect.Proxy.ProxyClassFactory 这个工厂类来生产字节码的，这个类的核心逻辑代码是：

   /** Generate the specified proxy class.*///生成字节码， 并返回在堆中实例完的对象byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces, accessFlags);try {return defineClass0(loader, proxyName,proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);

待会我们利用这段代码，来生成一下我们的字节码文件。
下面就是包装代理类的工厂的代码：

private final class Factory implements Supplier<V> {private final K key;private final P parameter;private final Object subKey;// 工厂封装的缓存Map的第二个Mapprivate final ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap;Factory(K key, P parameter, Object subKey,ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap) {this.key = key;this.parameter = parameter;this.subKey = subKey;this.valuesMap = valuesMap;}@Overridepublic synchronized V get() { // serialize access// re-checkSupplier<V> supplier = valuesMap.get(subKey);if (supplier != this) {return null;}V value = null;try {// 这里是缓存中没有找到代理类后所进行的逻辑，上面已经解释value = Objects.requireNonNull(valueFactory.apply(key, parameter));} finally {if (value == null) { // remove us on failurevaluesMap.remove(subKey, this);}}assert value != null;CacheValue<V> cacheValue = new CacheValue<>(value);if (valuesMap.replace(subKey, this, cacheValue)) {// put also in reverseMapreverseMap.put(cacheValue, Boolean.TRUE);} else {throw new AssertionError("Should not reach here");}// successfully replaced us with new CacheValue -> return the value// wrapped by itreturn value;}}

有了上面的准备，下面看：proxyClassCache.get() ：

public V get(K key, P parameter) {Objects.requireNonNull(parameter);expungeStaleEntries();
// 由上面所说的生成缓存Map的第一个参数keyObject cacheKey = CacheKey.valueOf(key, refQueue);
//懒惰实例化缓存Map的第二个参数， 其中cacheKey作为第一个参数（加载器嘛）ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap = map.get(cacheKey);//挺好理解if (valuesMap == null) {ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> oldValuesMap= map.putIfAbsent(cacheKey,valuesMap = new ConcurrentHashMap<>());if (oldValuesMap != null) {valuesMap = oldValuesMap;}}//这里拿到subKey（缓存Map中那个subKey） ， 来获取可能的  //存储在valuesMap中的SupplierObject subKey = Objects.requireNonNull(subKeyFactory.apply(key, parameter));//supplier所指向的实例就是Factroy实例， 包装了第二层MapSupplier<V> supplier = valuesMap.get(subKey);Factory factory = null;while (true) {if (supplier != null) {//有代理类缓存就直接返回V value = supplier.get();if (value != null) {return value;}}if (factory == null) {factory = new Factory(key, parameter, subKey, valuesMap);}//这里的扔进去的supplier 实质上是一个实现了supplier的工厂实例if (supplier == null) {supplier = valuesMap.putIfAbsent(subKey, factory);if (supplier == null) {// successfully installed Factorysupplier = factory;}// else retry with winning supplier} else {if (valuesMap.replace(subKey, supplier, factory)) {// successfully replaced// cleared CacheEntry / unsuccessful Factory// with our Factorysupplier = factory;} else {// retry with current suppliersupplier = valuesMap.get(subKey);}}}}

到了这里我们捋一捋调用过程：
首先Proxy.newProxyInstance() -> Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs); -> proxyClassCache.get(loader, interfaces) ->
1、 Object cacheKey = CacheKey.valueOf(key, refQueue); //拿到第一层key
2、Object subKey = Objects.requireNonNull(subKeyFactory.apply(key, parameter));// 拿到第二层subKey
3、Supplier<V> supplier = valuesMap.get(subKey); 拿到代理类的包装类。
缓存总结：缓存逻辑的key 和value 都是工厂方法产生，能够学习到怎么利用弱引用来写一个缓存管理器。

回过头，再来看我们生成的代理类

利用上面那段生成字节码的代码，我们也来生成一下，看看这个代理类长什么样子：

package com.cbam.demo.dynamicProxy;import sun.misc.ProxyGenerator;import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;/*** CopyRright (c)2014-2016 Haerbin Hearglobal Co.,Ltd* Project: demo* Comments:* Author:cbam* Create Date:2017/3/29* Modified By:* Modified Date:* Modified Reason:*/
public class Main {public static void main(String[] args) {HelloService helloService = new HelloServiceImpl();ProxyInvocationHandler proxyInovationHandler = new ProxyInvocationHandler(helloService);HelloService proxy = (HelloService) proxyInovationHandler.getProxy();proxy.sayHello("梁舒");String path = "D:/$Proxy0.class";byte[] classFile = ProxyGenerator.generateProxyClass("$Proxy0",HelloServiceImpl.class.getInterfaces());FileOutputStream out = null;try {out = new FileOutputStream(path);out.write(classFile);out.flush();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {try {out.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

下面给出了反编译$Proxy0.class 之后的代码。代理类继承了Proxy 实现了HelloService 我们的代理接口
我们看看$Proxy0 构造函数？是不是有感觉？还记得当初留得疑问么

return cons.newInstance(new Object[]{h});

其中的m1 m2…..都是我们要代理的那些方法，可以说我们用代理类调用的方法，其实都是委托给我们自定义的InvocationHandler 来调用其invoke 方法实现的！而我们每次动态获取代理类其实很可能从缓存中取出来的！

import com.cbam.demo.dynamicProxy.HelloService;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;public final class $Proxy0 extends Proxyimplements HelloService
{private static Method m1;private static Method m3;private static Method m2;private static Method m0;public $Proxy0(InvocationHandler paramInvocationHandler)throws {super(paramInvocationHandler);}public final boolean equals(Object paramObject)throws {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 void sayHello(String paramString)throws {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 String toString()throws {try{return (String)this.h.invoke(this, m2, null);}catch (Error|RuntimeException localError){throw localError;}catch (Throwable localThrowable){throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);}}public final int hashCode()throws {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") });m3 = Class.forName("com.cbam.demo.dynamicProxy.HelloService").getMethod("sayHello", new Class[] { Class.forName("java.lang.String") });m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);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());}}
}

好了，上面的疑问，都解释差不多了。。。