Android面试:JDK动态代理的原理

作者: 字节走动_Android | 来源:发表于2020-08-21 16:43 被阅读0次

    源码

    PS:这个就不给github项目地址了,它只是一个很简单的类DynamicProxyInstance .java:如下.

    import java.lang.reflect.InvocationHandler;
    import java.lang.reflect.Method;
    import java.lang.reflect.Proxy;
    
    /**
     * 动态代理对象
     * 
     * 所谓,动态代理,它的优势,就是我使用之后,获取代理对象,不再依赖外部传入的接口,外部接口变化,我只需要改变真实对象的实例即可。
     * 
     * @author GC-HANK
     *
     */
    public class DynamicProxyInstance implements InvocationHandler {
    
        // 动态代理,这里不限制具体使用的接口是什么,而是使用Object表示真实对象
        private Object realInstance;
    
        public void init(Object realInstance) {
            this.realInstance = realInstance;
        }
    
        /**
         * 获得动态代理
         * 
         * @return
         */
        public Object getProxyInstance() {
            return Proxy.newProxyInstance(realInstance.getClass().getClassLoader(), realInstance.getClass().getInterfaces(),
                    this);
            // 那么这个对象到底是如何创建出来的呢?
    
        }
    
        /**
         * 售前
         */
        private void doBefore() {
            System.out.println("售前");
        }
    
        /**
         * 售后
         */
        private void doAfter() {
            System.out.println("售后");
        }
    
        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            doBefore();
            Object res = method.invoke(realInstance, args);
            doAfter();
            return res;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
    
            // 动态代理和静态代理的唯一区别,就是在获取代理对象的时候,静态代理获取的是一个不可变功能的对象,一旦获取到,那么它的功能也就确定了
            // 而,动态代理,
    
            DynamicProxyInstance instance = new DynamicProxyInstance();
            instance.init(new RealInstance());
            CommInterface commInterface = (CommInterface) instance.getProxyInstance();
            // 先看看这个对象在debug的时候,是怎么样的一个对象引用
            commInterface.buyManTools(30);
    
            // 现在,出现了一个 购买女性用品的接口,和它的实现类,也要用代理来访问
            // 这样做
            instance.init(new RealInstance2());
            CommInterface2 commInterface2 = (CommInterface2) instance.getProxyInstance();
            commInterface2.buyWomenTools(60);
    
            // 看到了吧,同样的一个代理对象,可以实现多个真实对象的代理功能,而不是像静态代理一样,需要改动代理类
        }
    }
    

    其他关联的类和接口是:

    /**
     * 公共接口,统一定义代理类和被代理类的行为
     * 
     * @author GC-HANK
     *
     */
    public interface CommInterface {
        /**
         * 购买情趣娃娃
         * 
         * @param size 娃娃的尺寸
         */
        abstract void buyManTools(int size);
    }
    
    /**
     * 公共接口,统一定义代理类和被代理类的行为
     * 
     * @author GC-HANK
     *
     */
    public interface CommInterface2 {
        /**
         * 购买情趣娃娃
         * 
         * @param size 娃娃的尺寸
         */
        abstract void buyWomenTools(int size);
    }
    
    /**
     * 真实对象
     * 
     * @author GC-HANK
     *
     */
    public class RealInstance implements CommInterface {
    
        @Override
        public void buyManTools(int size) {
            System.out.println("购买男性用品:size" + size);
        }
    
    }
    
    /**
     * 真实对象
     * 
     * @author GC-HANK
     *
     */
    public class RealInstance2 implements CommInterface2 {
    
        @Override
        public void buyWomenTools(int size) {
            System.out.println("购买女性用品::size" + size);
        }
    
    }
    
    

    OK,代码贴完了,现在开始实例讲解:

    上面的代码,是在模拟XX用品销售,男用、女用的分别用两个接口来定义,为了定义这两个功能,我用了两个接口,并且用两个实现类分别实现了这两个接口。DynamicProxyInstance .java 则 是代理类,外界(也就是这里的static void main函数)通过该代理类来进行购买动作.
    准备开车,踩油门!
    请看这段代码,它是new出了一个proxy的Object,并且return出去

    public Object getProxyInstance() {
            return Proxy.newProxyInstance(realInstance.getClass().getClassLoader(), realInstance.getClass().getInterfaces(),
                    this);
            // 那么这个对象到底是如何创建出来的呢?
    
        }
    

    而,拿到这个对象之后,强转为了CommInterface

    // 先看看这个对象在debug的时候,是怎么样的一个对象引用
    CommInterface commInterface = (CommInterface) instance.getProxyInstance();
    commInterface.buyManTools(30);
    

    为什么它可以强转为 CommInterface?因为instance.init(new RealInstance()); 这一句当中,RealInstanceCommIntance的子类。从结果上来看,通过getInstance方法拿到的Object,直接就具备realInstance的功能. 那这个Object到底是什么东西?它是如何生成的?

    回到getInstance()方法,通过debug,我们发现,

    它是一个名为$Proxy0的类的实例, 其真实类型是RealInstance . $Proxy0名字很诡异,但是先别想这么多,继续往下看,

    这会又变成了 $Proxy1 , 其真实类型是RealInstance2.

    从0到1,看上去像是有一个整形序列在参与它的命名,也就是说,如果我们再来一次,肯定就是 $Proxy2
    $Proxy + 1个数字,这个类是如何生成的?在我们的代码里面命名没有去定义它啊?
    进入源码:proxy.javanewProxyInstance方法

    这里有3个参数,
    第一个是 类加载器classLoader
    第二个是 接口(它的作用是定义这个动态代理类的行为)
    第三个是 InvocationHanlder实例,它的作用是用来对 被代理对象进行功能扩展

    newProxyInstance方法往下看:结果发现:

    这里是不是可能生成$Proxy1 这种class的地方?
    进去:

    观察一下这个proxyClassCache对象,它的类型是:WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
    它是一个泛型类:final class WeakCache<K, P, V> 3个泛型参数。
    具体到这个地方,它的作用就是,通过get方法:

    通过K和P,得到V,也就是通过 ClassLoaderClass<?>[] 得到 Class<?> ,
    有些人看到这里应该有些迷了,感觉被泛型绕晕了,其实很简单,ClassLoader是类加载器,用来创建Class对象的,Class<?>[] 其实就是接口数组,Class<?> 是最终得到的Class对象。

    之前我们探索的就是$Proxy1这个类的来源,那么到底是不是来自于这里呢?
    当我们探究源码中的一个 方法的时候,关注3个点:

    1. 入参类型(这里的入参类型是泛型,具体类型要看这个当前对象在创建的时候,泛型具体化使用的是什么类)
    2. 使用参数的地方(我们入参传递进来,自然要产生作用,那么直接关心入参使用的代码即可)
    3. 方法返回值,(上面的这个方法有返回值,类型是泛型,也去看初始化对象的时候使用的V是什么类型,然后方法里面返回的value,就是我们最终需要的对象).
      这里,我直接给出结论吧。
      subkeyFactory.apply, 看下面两个图应该可以明白,在Proxy中,定义WeakCache的时候,就new了一个KeyFactory和一个ProxyClassFactory传进去,分别作为 WeakCache的subkeyFactory成员和valueFactory成员

    上面,我们只使用了subkeyFactory.apply

    它走的是这个过程:

    根据参数interfaces.size的不同,返回不同的Key对象。

    返回出去之后,

    上面这段代码的红色标记如果看懂了的话,就基本明白了,他这里就是建了一个无限循环检测机制,最终结果都是要从supplier中get一个value返回出去,如果supplier是空,那就建一个Factory赋值给supplier(其实Factory是继承子Supplier的)
    那么下一步,我们的关注点转移到,当supplier为空的时候,源码是如何建立一个Factory作为它的实例的?
    关注这一段:

    进入Factory,它实现Supplier接口,这个接口中只有一个方法 get,看看这个get方法是如何实现的

    所以最终,我们还要进入valueFactory中去看看 它的 apply是如何实现的:

    这段代码太复杂,我就只贴出关键点了(依然和之前一样,入参,使用入参的地方,返回值):
    这次我们从返回值开始反过来推断:

    源码 直接返回了一个defineClass0(.....), 点进去一看,居然是一个native方法,那么探索只能到头了,当然,从结果上来看,它是生成了一个像这样$Proxy0 的 Class代理对象,那么代理class对象的特征,就只能从参数值来判断了,一个一个参数看:

    ok,反推,类名是如何来的?IO流字节码的3个参数是干什么用的?

    上面说的 proxyClassNamePrefix,其实就是

    而这个num,它只是一个全局的计数器而已,让程序直到下一个代理类对象应该以什么数字命名.

    而上面的字节数组byte[] proxyClassFile 其实就是定义了这个代理类的行为,它应该能包含怎么样的方法,这些方法就是当初传进来的interfaces决定的。

    OK,探究完了,代理类的生成已经查完了,那么回到起点:

    我们拿到这个代理类对象之后能干啥? 肯定是使用它来反射创建代理对象啊
    看上面的关键代码:

    这里有一个关键点,参数h,它是我们从外部传入的InvocationHandler对象,这个对象定义了我们对 被代理类的方法增强,即 我们可以在被代理类的指定方法(或者所有方法)执行的过程中,加入前置或者后置过程,还可以设置条件,根据条件决定被代理类的方法要不要执行。

    那么它是如何发挥作用的呢?(下面的东西我就不细写过程了,直接给结论)

    还记得上图中的这个字节码IO流相关的参数么,其实如果把这个byte[] 通过io流输出到本地文件,其实就是一个.class文件,反编译出来,就是一个java文件,类似下面的:

    它这里保存了来自外部接口的各种方法(命名也是很耿直 m1,m2.....),并且这个saleManTools,就是我们demo中的接口的一个方法, 它反射执行了这个方法,这里的h,其实就是我们最初给的invocationHandler对象:

    当我们调用代理对象的业务方法时,其实也执行了invocationHandlerinvoke方法,那么对被代理对象的方法的增强或者限制,我们就可以在重写invoke时随意处理了.

    结语

    就写到这里吧,做个总结,java.lang.reflect.Proxy 是JDK提供的动态代理类,我们探索过程中,至少发现了2处使用反射的地方,一处是 反射构造函数,然后执行它,创建代理类对象的过程,一处是 使用代理类对象,反射创建代理对象的过程(有没有晕?代理类对象和代理对象是不一样的,晕了的话留言,我看到就回答- -!), 使用了反射,效率自然比不上静态代理,但是它能保证 真实对象无限扩展的时候,代理类不用做修改,只需要在创建代理类的时候,传入不同的真实对象即可,这种做法才符合程序设计的开闭原则,对扩展开放,对修改关闭。

    谢谢大家坚持看完,时间关系,并没有把所有细节完全展开说,有问题欢迎留言讨论!

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