1. 前言

JDK 动态代理的应用还是非常广泛的，例如在 Spring、MyBatis 以及 Feign 等很多框架中动态代理都被大量的使用，可以说学好 JDK 动态代理，对于我们阅读这些框架的底层源码还是很有帮助的

2. 一个简单的例子

在分析原因之前，我们先完整的看一下实现 JDK 动态代理需要几个步骤，首先需要定义一个接口

2.1. 定义接口

public interface Worker {void work();
}

2.2. 接口实现类

public class Programmer implements Worker {@Overridepublic void work() {System.out.println("coding...");}
}

2.3. 自定义 Handler

自定义一个 Handler，实现 InvocationHandler 接口，通过重写内部的 invoke() 方法实现逻辑增强

public class WorkHandler implements InvocationHandler {private final Object target;public WorkHandler(Object target) {this.target = target;}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {if (method.getName().equals("work")) {System.out.println("before work...");Object result = method.invoke(target, args);System.out.println("after work...");return result;}return method.invoke(target, args);}
}

2.4. 测试

在 main() 方法中进行测试，使用 Proxy 类的静态方法 newProxyInstance() 生成一个代理对象并调用方法

public class MainTest {public static void main(String[] args) {Programmer programmer = new Programmer();Worker worker = (Worker) Proxy.newProxyInstance(programmer.getClass().getClassLoader(),programmer.getClass().getInterfaces(),new WorkHandler(programmer));worker.work();}
}

2.5. 输出结果

before work...
coding...
after work...

3. 源码分析

既然是一个代理的过程，那么肯定存在原生对象和代理对象之分，下面我们查看源码中是如何动态的创建代理对象的过程。上面例子中，创建代理对象调用的是 Proxy 类的静态方法 newProxyInstance()，查看一下源码

3.1. newProxyInstance() 方法

@CallerSensitive
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)throws IllegalArgumentException {// 如果h为空直接抛出空指针异常，之后所有的单纯的判断null并抛异常，都是此方法Objects.requireNonNull(h);// 拷贝类实现的所有接口final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();// 获取当前系统安全接口final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();if (sm != null) {// Reflection.getCallerClass 返回调用该方法的方法的调用类;loader：接口的类加载器// 进行包访问权限、类加载器权限等检查checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);}// 查找或生成指定的代理类Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);// 用指定的调用处理程序调用它的构造函数try {if (sm != null) {checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);}// 获取代理类的构造函数对象// constructorParams是类常量，作为代理类构造函数的参数类型，常量定义如下:// private static final Class<?>[] constructorParams = { InvocationHandler.class };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;}});}// 根据代理类的构造函数对象来创建需要返回的代理类对象return cons.newInstance(new Object[]{h});} // 省略 catch......
}

• 在 checkProxyAccess() 方法中，进行参数验证
• 在 getProxyClass0() 方法中，生成一个代理类 Class 或者寻找已生成过的代理类的缓存
• 通过 getConstructor() 方法获取生成的代理类的构造方法
• 通过 newInstance() 方法，生成最终的代理对象

上面这个过程中，获取构造方法和生成代理对象都是利用的 Java 中的反射机制，而需要重点看看的是生成代理类的方法 getProxyClass0()

3.1.1. getProxyClass0() 方法

private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,Class<?>... interfaces) {// 接口数不得超过 65535 个，这么大，足够使用的了if (interfaces.length > 65535) {throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");}// 如果缓存中有代理类了直接返回，否则将由代理类工厂ProxyClassFactory创建代理类return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}

如果缓存中已经存在了就直接从缓存中取，这里的 proxyClassCache 是一个 WeakCache 类型，如果缓存中目标 classLoader 和接口数组对应的类已经存在，那么返回缓存的副本。如果没有就使用 ProxyClassFactory 去生成 Class 对象

3.1.1.1. get() 方法

// key：类加载器；parameter：接口数组
public V get(K key, P parameter) {// 检查指定类型的对象引用不为空null。当参数为null时，抛出空指针异常Objects.requireNonNull(parameter);// 清除已经被 GC 回收的弱引用expungeStaleEntries();// 将ClassLoader包装成CacheKey, 作为一级缓存的keyObject cacheKey = CacheKey.valueOf(key, refQueue);// 获取得到二级缓存ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> valuesMap = map.get(cacheKey);// 没有获取到对应的值if (valuesMap == null) {ConcurrentMap<Object, Supplier<V>> oldValuesMap= map.putIfAbsent(cacheKey,valuesMap = new ConcurrentHashMap<>());if (oldValuesMap != null) {valuesMap = oldValuesMap;}}// 根据代理类实现的接口数组来生成二级缓存keyObject subKey = Objects.requireNonNull(subKeyFactory.apply(key, parameter));// 通过subKey获取二级缓存值Supplier<V> supplier = valuesMap.get(subKey);Factory factory = null;// 这个循环提供了轮询机制, 如果条件为假就继续重试直到条件为真为止while (true) {if (supplier != null) {// 在这里supplier可能是一个Factory也可能会是一个CacheValue// 在这里不作判断, 而是在Supplier实现类的get方法里面进行验证V value = supplier.get();if (value != null) {return value;}}if (factory == null) {factory = new Factory(key, parameter, subKey, valuesMap);}if (supplier == null) {// 到这里表明subKey没有对应的值, 就将factory作为subKey的值放入supplier = valuesMap.putIfAbsent(subKey, factory);if (supplier == null) {supplier = factory;}// 否则, 可能期间有其他线程修改了值, 那么就不再继续给subKey赋值, 而是取出来直接用} else {// 期间可能其他线程修改了值, 那么就将原先的值替换if (valuesMap.replace(subKey, supplier, factory)) {supplier = factory;} else {supplier = valuesMap.get(subKey);}}}
}

很明显，重点关注下面代码

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

3.1.1.1.1. apply() 方法

private static final class ProxyClassFactoryimplements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>> {// 代理类的前缀名都以 $Proxy 开始private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";// 使用唯一的编号给作为代理类名的一部分，如 $Proxy0,$Proxy1 等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) {// 验证指定的类加载器(loader)加载接口所得到的Class对象(interfaceClass)是否与intf对象相同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");}// 验证该Class对象是不是接口if (!interfaceClass.isInterface()) {throw new IllegalArgumentException(interfaceClass.getName() + " is not an interface");}// 验证该接口是否重复if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {throw new IllegalArgumentException("repeated interface: " + interfaceClass.getName());}}// 声明代理类所在包String proxyPkg = null;    int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;// 验证所有非公共的接口在同一个包内；公共的就无需处理for (Class<?> intf : interfaces) {int flags = intf.getModifiers();if (!Modifier.isPublic(flags)) {accessFlags = Modifier.FINAL;String name = intf.getName();int n = name.lastIndexOf('.');// 截取完整包名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");}}}// 1.根据规则生成文件名if (proxyPkg == null) {/*如果都是public接口，那么生成的代理类就在com.sun.proxy包下如果报        java.io.FileNotFoundException: com\sun\proxy\$Proxy0.class (系统找不到指定的路径。)的错误，就先在你项目中创建com.sun.proxy路径*/proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";}long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();// 代理类的完全限定类名，如 com.sun.proxy.$Proxy0.calssString proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;// 2.生成代理的字节码数组byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces, accessFlags);// 3.生成 Class try {return defineClass0(loader, proxyName,proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);} catch (ClassFormatError e) {throw new IllegalArgumentException(e.toString());}}
}

在 apply() 方法中，主要做了下面 3 件事

• 根据规则生成文件名
• 利用 ProxyGenerator.generateProxyClass() 方法生成代理的字节码数组
• 调用方法 defineClass0() 生成 Class

3.1.2. getConstructor() 和 newInstance() 方法

返回代理类的 Class 后的流程，获取构造方法和生成代理对象都是利用的 Java 中的反射机制

4. 代理对象长啥样

4.1. 代理对象长啥样

创建代理对象流程的源码分析完了，我们可以先通过 debug 来看看上面生成的这个代理对象究竟是个什么

和源码中看到的规则一样，是一个 Class 为 $Proxy0 的对象。再看一下代理对象的 Class 的详细信息

类的全限定类名是 com.sun.proxy.$Proxy0，在上面我们提到过，这个类是在运行过程中动态生成的

4.2. $Proxy0 反编译

看一下反编译后 $Proxy0.java 文件的内容，下面的代码中，我只保留了核心部分，省略了无关紧要的 equals()、toString()、hashCode() 方法的定义

public final class $Proxy0 extends Proxy implements Worker{public $Proxy0(InvocationHandler invocationhandler){super(invocationhandler);}public final void work(){try{super.h.invoke(this, m3, null);return;}catch(Error _ex) { }catch(Throwable throwable){throw new UndeclaredThrowableException(throwable);}}private static Method m3;static {try{           m3 = Class.forName("com.hydra.test.Worker").getMethod("work", new Class[0]);   //省略其他Method}//省略catch}
}

这个临时生成的代理类 $Proxy0 中主要做了下面的几件事

• 在这个类的静态代码块中，通过 反射机制 初始化了多个静态方法 Method 变量，除了接口中的方法还有 equals()、toString()、hashCode() 这三个方法
• $Proxy0 继承父类 Proxy，实例化的过程中会调用父类的构造方法，构造方法中传入的 invocationHandler 对象实际上就是我们自定义的 WorkHandler 的实例
• $Proxy0 实现了自定义的接口 Worker，并重写了 work() 方法，方法内调用了 InvocationHandler 的 invoke() 方法，也就是实际上调用了 WorkHandler 的 invoke() 方法

到这里，整体的流程就分析完了，我们可以用一张图来简要总结上面的过程

5. JDK 动态代理为什么要有接口

其实如果不看上面的分析，我们也应该知道，要扩展一个类有常见的两种方式，继承父类或实现接口。这两种方式都允许我们对方法的逻辑进行增强，但现在不是由我们自己来重写方法，而是要想办法让 JVM 去调用 InvocationHandler 中的 invoke() 方法，也就是说代理类需要和两个东西关联在一起

• 被代理类
• InvocationHandler

而 JDK 动态代理处理这个问题的方式是选择继承父类 Proxy，并把 InvocationHandler 存在父类的对象中

public class Proxy implements java.io.Serializable {protected InvocationHandler h;protected Proxy(InvocationHandler h) {Objects.requireNonNull(h);this.h = h;}// ......
}

通过父类 Proxy 的构造方法，保存了创建代理对象过程中传进来的 InvocationHandler 的实例，使用 protected 修饰保证了它可以在子类中被访问和使用。但是同时，因为 Java 是单继承的，因此在继承了 Proxy 后，只能通过实现目标接口的方式来实现方法的扩展，达到我们增强目标方法逻辑的目的

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