JDK动态代理实现原理

之前虽然会用JDK的动态代理，但是有些问题却一直没有搞明白。比如说：InvocationHandler的invoke方法是由谁来调用的，代理对象是怎么生成的，直到前几个星期才把这些问题全部搞明白了。
    废话不多说了，先来看一下JDK的动态是怎么用的。

package dynamic.proxy; 

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

/**
 * 实现自己的InvocationHandler
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 *
 */
public class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
	
	// 目标对象 
	private Object target;
	
	/**
	 * 构造方法
	 * @param target 目标对象 
	 */
	public MyInvocationHandler(Object target) {
		super();
		this.target = target;
	}


	/**
	 * 执行目标对象的方法
	 */
	public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
		
		// 在目标对象的方法执行之前简单的打印一下
		System.out.println("------------------before------------------");
		
		// 执行目标对象的方法
		Object result = method.invoke(target, args);
		
		// 在目标对象的方法执行之后简单的打印一下
		System.out.println("-------------------after------------------");
		
		return result;
	}

	/**
	 * 获取目标对象的代理对象
	 * @return 代理对象
	 */
	public Object getProxy() {
		return Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), 
				target.getClass().getInterfaces(), this);
	}
}

package dynamic.proxy;

/**
 * 目标对象实现的接口，用JDK来生成代理对象一定要实现一个接口
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 *
 */
public interface UserService {

	/**
	 * 目标方法 
	 */
	public abstract void add();

}

package dynamic.proxy; 

/**
 * 目标对象
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 *
 */
public class UserServiceImpl implements UserService {

	/* (non-Javadoc)
	 * @see dynamic.proxy.UserService#add()
	 */
	public void add() {
		System.out.println("--------------------add---------------");
	}
}

package dynamic.proxy; 

import org.junit.Test;

/**
 * 动态代理测试类
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 *
 */
public class ProxyTest {

	@Test
	public void testProxy() throws Throwable {
		// 实例化目标对象
		UserService userService = new UserServiceImpl();
		
		// 实例化InvocationHandler
		MyInvocationHandler invocationHandler = new MyInvocationHandler(userService);
		
		// 根据目标对象生成代理对象
		UserService proxy = (UserService) invocationHandler.getProxy();
		
		// 调用代理对象的方法
		proxy.add();
		
	}
}

执行结果如下：
------------------before------------------
--------------------add---------------
-------------------after------------------

   用起来是很简单吧，其实这里基本上就是AOP的一个简单实现了，在目标对象的方法执行之前和执行之后进行了增强。Spring的AOP实现其实也是用了Proxy和InvocationHandler这两个东西的。

    用起来是比较简单，但是如果能知道它背后做了些什么手脚，那就更好不过了。首先来看一下JDK是怎样生成代理对象的。既然生成代理对象是用的Proxy类的静态方newProxyInstance，那么我们就去它的源码里看一下它到底都做了些什么？

/**
 * loader:类加载器
 * interfaces:目标对象实现的接口
 * h:InvocationHandler的实现类
 */
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
					  Class<?>[] interfaces,
					  InvocationHandler h)
	throws IllegalArgumentException
    {
	if (h == null) {
	    throw new NullPointerException();
	}

	/*
	 * Look up or generate the designated proxy class.
	 */
	Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);

	/*
	 * Invoke its constructor with the designated invocation handler.
	 */
	try {
            // 调用代理对象的构造方法（也就是$Proxy0(InvocationHandler h)）
	    Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            // 生成代理类的实例并把MyInvocationHandler的实例传给它的构造方法
	    return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });
	} catch (NoSuchMethodException e) {
	    throw new InternalError(e.toString());
	} catch (IllegalAccessException e) {
	    throw new InternalError(e.toString());
	} catch (InstantiationException e) {
	    throw new InternalError(e.toString());
	} catch (InvocationTargetException e) {
	    throw new InternalError(e.toString());
	}
    }

   我们再进去getProxyClass方法看一下

public static Class<?> getProxyClass(ClassLoader loader, 
                                         Class<?>... interfaces)
	throws IllegalArgumentException
    {
	// 如果目标类实现的接口数大于65535个则抛出异常（我XX，谁会写这么NB的代码啊？）
	if (interfaces.length > 65535) {
	    throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
	}

	// 声明代理对象所代表的Class对象（有点拗口）
	Class proxyClass = null;

	String[] interfaceNames = new String[interfaces.length];

	Set interfaceSet = new HashSet();	// for detecting duplicates

	// 遍历目标类所实现的接口
	for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
	    
		// 拿到目标类实现的接口的名称
	    String interfaceName = interfaces[i].getName();
	    Class interfaceClass = null;
	    try {
		// 加载目标类实现的接口到内存中
		interfaceClass = Class.forName(interfaceName, false, loader);
	    } catch (ClassNotFoundException e) {
	    }
	    if (interfaceClass != interfaces[i]) {
		throw new IllegalArgumentException(
		    interfaces[i] + " is not visible from class loader");
	    }

		// 中间省略了一些无关紧要的代码 .......
		
		// 把目标类实现的接口代表的Class对象放到Set中
	    interfaceSet.add(interfaceClass);

	    interfaceNames[i] = interfaceName;
	}

	// 把目标类实现的接口名称作为缓存（Map）中的key
	Object key = Arrays.asList(interfaceNames);

	Map cache;
	
	synchronized (loaderToCache) {
		// 从缓存中获取cache
	    cache = (Map) loaderToCache.get(loader);
	    if (cache == null) {
		// 如果获取不到，则新建地个HashMap实例
		cache = new HashMap();
		// 把HashMap实例和当前加载器放到缓存中
		loaderToCache.put(loader, cache);
	    }

	}

	synchronized (cache) {

	    do {
		// 根据接口的名称从缓存中获取对象
		Object value = cache.get(key);
		if (value instanceof Reference) {
		    proxyClass = (Class) ((Reference) value).get();
		}
		if (proxyClass != null) {
		    // 如果代理对象的Class实例已经存在，则直接返回
		    return proxyClass;
		} else if (value == pendingGenerationMarker) {
		    try {
			cache.wait();
		    } catch (InterruptedException e) {
		    }
		    continue;
		} else {
		    cache.put(key, pendingGenerationMarker);
		    break;
		}
	    } while (true);
	}

	try {
	    // 中间省略了一些代码 .......
		
		// 这里就是动态生成代理对象的最关键的地方
		byte[] proxyClassFile =	ProxyGenerator.generateProxyClass(
		    proxyName, interfaces);
		try {
			// 根据代理类的字节码生成代理类的实例
		    proxyClass = defineClass0(loader, proxyName,
			proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
		} catch (ClassFormatError e) {
		    throw new IllegalArgumentException(e.toString());
		}
	    }
	    // add to set of all generated proxy classes, for isProxyClass
	    proxyClasses.put(proxyClass, null);

	} 
	// 中间省略了一些代码 .......
	
	return proxyClass;
    }

进去ProxyGenerator类的静态方法generateProxyClass，这里是真正生成代理类class字节码的地方。

 public static byte[] generateProxyClass(final String name,
                                            Class[] interfaces)
    {
        ProxyGenerator gen = new ProxyGenerator(name, interfaces);
		// 这里动态生成代理类的字节码，由于比较复杂就不进去看了
        final byte[] classFile = gen.generateClassFile();

		// 如果saveGeneratedFiles的值为true，则会把所生成的代理类的字节码保存到硬盘上
        if (saveGeneratedFiles) {
            java.security.AccessController.doPrivileged(
            new java.security.PrivilegedAction<Void>() {
                public Void run() {
                    try {
                        FileOutputStream file =
                            new FileOutputStream(dotToSlash(name) + ".class");
                        file.write(classFile);
                        file.close();
                        return null;
                    } catch (IOException e) {
                        throw new InternalError(
                            "I/O exception saving generated file: " + e);
                    }
                }
            });
        }

		// 返回代理类的字节码
        return classFile;
    }

现在，JDK是怎样动态生成代理类的字节的原理已经一目了然了。

好了，再来解决另外一个问题，那就是由谁来调用InvocationHandler的invoke方法的。要解决这个问题就要看一下JDK到底为我们生成了一个什么东西。用以下代码可以获取到JDK为我们生成的字节码并写到硬盘中。

package dynamic.proxy; 

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

import sun.misc.ProxyGenerator;

/**
 * 代理类的生成工具
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 */
public class ProxyGeneratorUtils {

	/**
	 * 把代理类的字节码写到硬盘上
	 * @param path 保存路径
	 */
	public static void writeProxyClassToHardDisk(String path) {
		// 第一种方法，这种方式在刚才分析ProxyGenerator时已经知道了
		// System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", true);
		
		// 第二种方法
		
		// 获取代理类的字节码
		byte[] classFile = ProxyGenerator.generateProxyClass("$Proxy11", UserServiceImpl.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();
			}
		}
	}
}

package dynamic.proxy; 

import org.junit.Test;

/**
 * 动态代理测试类
 * @author zyb
 * @since 2012-8-9
 *
 */
public class ProxyTest {

	@Test
	public void testProxy() throws Throwable {
		// 实例化目标对象
		UserService userService = new UserServiceImpl();
		
		// 实例化InvocationHandler
		MyInvocationHandler invocationHandler = new MyInvocationHandler(userService);
		
		// 根据目标对象生成代理对象
		UserService proxy = (UserService) invocationHandler.getProxy();
		
		// 调用代理对象的方法
		proxy.add();
		
	}
	
	@Test
	public void testGenerateProxyClass() {
		ProxyGeneratorUtils.writeProxyClassToHardDisk("F:/$Proxy11.class");
	}
}

通过以上代码，就可以在F盘上生成一个$Proxy.class文件了，现在用反编译工具来看一下这个class文件里面的内容。

// Decompiled by DJ v3.11.11.95 Copyright 2009 Atanas Neshkov  Date: 2012/8/9 20:11:32
// Home Page: http://members.fortunecity.com/neshkov/dj.html  http://www.neshkov.com/dj.html - Check often for new version!
// Decompiler options: packimports(3) 

import dynamic.proxy.UserService;
import java.lang.reflect.*;

public final class $Proxy11 extends Proxy
    implements UserService
{

	// 构造方法，参数就是刚才传过来的MyInvocationHandler类的实例
    public $Proxy11(InvocationHandler invocationhandler)
    {
        super(invocationhandler);
    }

    public final boolean equals(Object obj)
    {
        try
        {
            return ((Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[] {
                obj
            })).booleanValue();
        }
        catch(Error _ex) { }
        catch(Throwable throwable)
        {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }

	/**
	 * 这个方法是关键部分
	 */
    public final void add()
    {
        try
        {
			// 实际上就是调用MyInvocationHandler的public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)方法，第二个问题就解决了
            super.h.invoke(this, m3, null);
            return;
        }
        catch(Error _ex) { }
        catch(Throwable throwable)
        {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }

    public final int hashCode()
    {
        try
        {
            return ((Integer)super.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
        }
        catch(Error _ex) { }
        catch(Throwable throwable)
        {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }

    public final String toString()
    {
        try
        {
            return (String)super.h.invoke(this, m2, null);
        }
        catch(Error _ex) { }
        catch(Throwable throwable)
        {
            throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
        }
    }

    private static Method m1;
    private static Method m3;
    private static Method m0;
    private static Method m2;

	// 在静态代码块中获取了4个方法：Object中的equals方法、UserService中的add方法、Object中的hashCode方法、Object中toString方法
    static 
    {
        try
        {
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] {
                Class.forName("java.lang.Object")
            });
            m3 = Class.forName("dynamic.proxy.UserService").getMethod("add", new Class[0]);
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
        }
        catch(NoSuchMethodException nosuchmethodexception)
        {
            throw new NoSuchMethodError(nosuchmethodexception.getMessage());
        }
        catch(ClassNotFoundException classnotfoundexception)
        {
            throw new NoClassDefFoundError(classnotfoundexception.getMessage());
        }
    }
}

好了，到目前为止，前面 的两个问题都已经知道回事了，现在再用JDK动态代理的时候就不只会用而已了，真正的达到了“知其然，知其所以然”的目的。。。  

就写到这了，累死了。。 

评论

44 楼 q649916440 2018-07-25  

看了5遍，仍然没看懂

43 楼 yang1086 2018-01-08  

写的很好啊！踩那些人是什么心态啊？[b][/b]

42 楼 canfengli 2017-09-27  

写的非常好

41 楼 t2xingzhe 2017-01-09  

特意登陆账号上来顶，好文章，把动态代理的底层机制都讲清楚了，赞

40 楼 池米若狂 2016-12-22  

解惑了  

39 楼 wangviviying 2016-10-18  

楼主用的java几，现在java8的内核代码很不一样了。
不过楼主说的大体的意思是对的。

38 楼 924862077 2016-08-27  

lz 用的jdk几分析的

37 楼 fj_ding 2016-08-24  

感谢楼主，终于明白了动态代理啦  

36 楼 bjiq1 2016-06-23  

写得很好，感谢楼主分享

35 楼 DavidPeterMan 2016-06-16  

lixia0417 写道

jdk动态代理之所以只能代理接口是因为代理类本身已经extends了Proxy，而java是不允许多重继承的，但是允许实现多个接口，因此才有cglib的需要吧

楼上一语道破天机，终于知道为什么说“jdk动态代理局限于接口是因为java只支持单继承”，还真只有看了原理才知道啊！

34 楼 lixia0417 2015-12-25  

jdk动态代理之所以只能代理接口是因为代理类本身已经extends了Proxy，而java是不允许多重继承的，但是允许实现多个接口，因此才有cglib的需要吧

33 楼 wst0350 2015-12-01  

很牛逼...

32 楼 ananeye 2015-10-08  

写的通俗易懂，不错小白的我，也明白了。
多谢谢，分享。哥我转载拉哈哈。

31 楼 tonyyouwei 2015-08-13  

前面文章都开的差不多，本来是想好好夸一下楼主的，最后看到“累死了”这几个字，一下没什么兴致了！

30 楼 kelaosuo 2015-06-18  

System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", true);加上这句话好像没有在磁盘上生成$Proxy0.class文件，改成System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true")之后，生成文件报错，看了generateProxyClass那段代码，感觉jdk方法写的有问题，不知道LZ亲自测过没。

29 楼 851228082 2015-04-15  

还有一个问题，为什么不是直接将代理类写到磁盘

// 根据目标对象生成代理对象 
        UserService proxy = (UserService) invocationHandler.getProxy(); 
         
        // 调用代理对象的方法 
        proxy.add(); 

就是将此处的proxy写入到磁盘，而费尽周折都在过程中获取字节，写入磁盘

28 楼 851228082 2015-04-15  

楼主，
System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", true)

添加了这个参数后，生成的代理类在什么路径下？

27 楼 hngmduyi 2015-04-02  

 

26 楼 Rejoy 2014-10-19  

fxltsbl 写道

多谢楼主分享
jdk的代理是利用反射生成字节码，并生成对象，
cglib是直接修改目标类的字节码生成对象，
这两个性能为什么是jdk的代理好一点呢？难不成是修改字节码比反射慢？

没有说JDK动态代理的性能好点啊

25 楼 fxltsbl 2014-10-19  

多谢楼主分享
jdk的代理是利用反射生成字节码，并生成对象，
cglib是直接修改目标类的字节码生成对象，
这两个性能为什么是jdk的代理好一点呢？难不成是修改字节码比反射慢？