JDK动态代理的简单实现

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2021-10-14 02:12 318阅读 0赞

### 目录 ###

*  JDK动态代理的简单实现
 *   *  前置说明
     *  动手实现
     *   *  实现方式一
         *  实现方式二
     *  最后

# JDK动态代理的简单实现 #

## 前置说明 ##

首先说明一下就是, jdk动态代理,为什么是动态,是因为其在运行时帮你生成了代理类,这里其实本质上还是生成一个静态代理类, 然后通过InvocationHandler的invoke(反射的方式)来调用真正的对象, 所以我的理解动态代理就是运行时生成+反射调用.(其实不局限于运行时生成,也可以是类加载生成或者类编译时生成).  
这次我会用两种方式来实现动态代理.

## 动手实现 ##

### 实现方式一 ###

第一种实现方式的思路就是, 按照我们平常的编写代码逻辑,也就是先编写java文件, 然后编译成class文件,然后加载到jvm中去,所以其核心逻辑就是拼接java文件的内容

各位应该记得jdk的动态代理的api吧, 如下

IService instance = (IService) Proxy.newProxyInstance(new MyClassLoader(Thread.currentThread().getContextClassLoader()), //这里我随便定义了classloader, 因为可以自定义生成的类路径, 所以可以通过自定义类加载器去加载class,并在加载后可以删除文件
    				new Class[]{ IService.class}, //需要实现的接口
    				(proxy, method, args1) -> { 
    					System.out.println("before");
    					return method.invoke(service, args1); //真正的执行
    				});

那么先看一下我们要生成的java模板吧

//首先模板要有声明包
    package com.cdy.demo.repeatedWheels.myproxy;
    // import 都给他省略了,因为下面都是使用全限定名
    
    //动态代理类的名称这里简化为$Proxy+递增的数字, 然后其继承传进来的接口
    public class $Proxy1 implements com.cdy.demo.repeatedWheels.myproxy.IService{ 
    // 这里是真正的委托执行器
    com.cdy.demo.repeatedWheels.myproxy.InvocationHandler h;
    public $Proxy1(com.cdy.demo.repeatedWheels.myproxy.InvocationHandler h) { 
    		this.h = h;
    }
    public java.lang.String doService(java.lang.String arg0){ 
    		try{ 
    		// 其实为了提供性能, 可以写一个static,提前把所有的method都准备好,这样不用再执行时再去查找,提高新=性能
    			java.lang.reflect.Method m = com.cdy.demo.repeatedWheels.myproxy.IService.class.getMethod("doService",new java.lang.Class[]{ java.lang.String.class});
    			// 调用委托类
    			return (java.lang.String)this.h.invoke(this,m,new java.lang.Object[]{ arg0});
    		}catch(java.lang.Throwable e){ throw new java.lang.RuntimeException(e);}
    }
    }

具体的模板拼接代码如下, 也没啥好看的, 就是动态生成所有的对应方法,生成的结果就是上面的代码模板

String ln = "\r\n"; //换行 定义成static就可以
    AtomicInteger integer = new AtomicInteger(0); //递增数 也定义从全局的就可以了
    
    StringBuilder src = new StringBuilder();
    		String name = MyClassLoader.class.getPackage().getName();
    		src.append("package ").append(name).append(";").append(ln);
    		src.append("public class ").append(className).append(" implements ").append(interfaces.getName()).append("{").append(ln);
    		
    		src.append(InvocationHandler.class.getName()).append(" h;").append(ln);
    		
    		src.append("public ").append(className).append("(").append(InvocationHandler.class.getName()).append(" h) {").append(ln);
    		src.append("this.h = h;").append(ln);
    		src.append("}").append(ln);
    		
    		for (Method m : interfaces.getMethods()) { 
    			StringBuilder params = new StringBuilder();
    			StringBuilder params2 = new StringBuilder();
    			StringBuilder classes = new StringBuilder();
    			for (Parameter parameter : m.getParameters()) { 
    				params.append(parameter.getType().getName()).append(" ").append(parameter.getName()).append(",");
    				classes.append(parameter.getType().getName()).append(".class").append(",");
    				params2.append(parameter.getName()).append(",");
    			}
    			params.deleteCharAt(params.lastIndexOf(","));
    			params2.deleteCharAt(params2.lastIndexOf(","));
    			classes.deleteCharAt(classes.lastIndexOf(","));
    			String returnType = m.getReturnType().getName();
    			src.append("public ").append(returnType).append(" ")
    					.append(m.getName()).append("(").append(params.toString()).append("){").append(ln);
    			
    			src.append("try{").append(ln);
    			src.append("java.lang.reflect.Method m = ").append(interfaces.getName()).append(".class.getMethod(\"")
    					.append(m.getName()).append("\",new java.lang.Class[]{").append(classes).append("});").append(ln);
    			if (!returnType.contains("void")) { 
    				src.append("return ").append("(").append(returnType).append(")");
    			}
    			src.append("this.h.invoke(this,m,").append("new java.lang.Object[]{").append(params2).append("}").append(");").append(ln);
    			src.append("}catch(java.lang.Throwable e){throw new java.lang.RuntimeException(e);}").append(ln);
    			src.append("}").append(ln);
    		}
    		
    		src.append("}");
    		
    		String s = src.toString();
    		System.out.println(s);
    		return s;

接下来就是重头戏了, 也就是jdk动态代理api的实现模板了

//1 生成类文件
    			int num = integer.incrementAndGet();
    			
    			String className ="$Proxy" + num ;
    			String proxySrc = generateSrc(interfaces[0], className);
    			
    			//2 加载类文件
    			String filePath = Proxy.class.getResource("").getPath();
    			File f = new File(filePath + className + ".java");
    			f.deleteOnExit();
    			File classFile = new File(filePath + className + ".class");
    			classFile.deleteOnExit();
    			
    			FileWriter fw = new FileWriter(f);
    			fw.write(proxySrc);
    			fw.flush();
    			fw.close();
    		
    			//3. 通过java api提供的编译器进行编译
    			JavaCompiler  compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
    			StandardJavaFileManager manager = compiler.getStandardFileManager(null, null, null);
    			Iterable iterable = manager.getJavaFileObjects(f);
    			CompilationTask task = compiler.getTask(null, manager, null, null, null, iterable);
    			task.call();
    			manager.close();
    			
    			//4. 类加载器加载类
    			Class proxyClass = classLoader.findClass(className);
    			Constructor c = proxyClass.getConstructor(InvocationHandler.class);
    			f.delete();
    			
    			//5. 返回动态代理类的实例
    			return c.newInstance(h);

最后的执行结果就是输出一个before,来表明走了我们的代理新增逻辑了.(这里和装饰器模式的概念有点冲, 因为新增功能是装饰器模式的概念, 而代理模式仅表明是原实例的代理转发功能,不过也不影响我们的理解动态的思路)

### 实现方式二 ###

各位应该发现了,我们上面的步骤其实多了一步,就是生产java文件, 因为jvm认识的是class,我们直接给他class就好了,为什么还多生成一个java文件, 这又不是我们平常写代码,写完代码统一用maven编译,这可是已经在运行中了啊, 所以我们应该直接生成class文件才对.  
所以这里就用到字节码生成器 javassist了, 这个包的底层实现用的ASM(但是直接写字节码太复杂了).

然后就是具体的实现, 具体的实现和上面基本大同小异, 主要还是我不能直接写出全部的字节码文件(又难又累,倒是可以先生成字节码,然后在改成通用的,但是也麻烦啊), 所以主要还是将之前的java文件内容交给javassist去翻译为class文件,然后直接加载到jvm中去,可以提升很大的性能.  
具体的实现如下

try { 
                int num = integer.incrementAndGet();
                String className = "$Proxy" + num ;
            	// 创建类
                CtClass ctClass = mPool.makeClass(className);
                //添加接口
                ctClass.addInterface(mPool.get(interfaces[0].getName()));
    			//添加成员变量
    			ctClass.addField(CtField.make("com.cdy.demo.repeatedWheels.myproxy.InvocationHandler h;", ctClass));
            
                String constructor = "public " + className + "(" + InvocationHandler.class.getName() + " h) {" + ln +
                        "this.h = h;" + ln +
                        "}" + ln;
                //添加构造函数
                ctClass.addConstructor(CtNewConstructor.make(constructor,ctClass));
            
                for (Method m : interfaces[0].getMethods()) { 
                    StringBuilder method = new StringBuilder();
                    StringBuilder params = new StringBuilder();
                    StringBuilder params2 = new StringBuilder();
                    StringBuilder classes = new StringBuilder();
                    for (Parameter parameter : m.getParameters()) { 
                        params.append(parameter.getType().getName()).append(" ").append(parameter.getName()).append(",");
                        classes.append(parameter.getType().getName()).append(".class").append(",");
                        params2.append(parameter.getName()).append(",");
                    }
                    params.deleteCharAt(params.lastIndexOf(","));
                    params2.deleteCharAt(params2.lastIndexOf(","));
                    classes.deleteCharAt(classes.lastIndexOf(","));
                    String returnType = m.getReturnType().getName();
                    method.append("public ").append(returnType).append(" ")
                            .append(m.getName()).append("(").append(params.toString()).append("){").append(ln);
            
                    method.append("try{").append(ln);
                    method.append("java.lang.reflect.Method m = ").append(interfaces[0].getName()).append(".class.getMethod(\"")
                            .append(m.getName()).append("\",new java.lang.Class[]{").append(classes).append("});").append(ln);
                    if (!returnType.contains("void")) { 
                        method.append("return ").append("(").append(returnType).append(")");
                    }
                    method.append("this.h.invoke(this,m,").append("new java.lang.Object[]{").append(params2).append("}").append(");").append(ln);
                    method.append("}catch(java.lang.Throwable e){throw new java.lang.RuntimeException(e);}").append(ln);
                    method.append("}").append(ln);
                    // 添加方法
                    ctClass.addMethod(CtMethod.make(method.toString(), ctClass));
                }
                //生成类
                Class clazz = ctClass.toClass(classLoader, JavasisstProxy.class.getProtectionDomain());
                Constructor c = clazz.getConstructor(InvocationHandler.class);
             	// 实例化
                return c.newInstance(h);
            } catch (Exception e) { 
                throw new RuntimeException(e);
            }

总的来说呢, javassist的方案的性能会比方案一高很多, 而且这个框架被很多其他的开源所用到比如dubbo的动态代理实现和spi的扩展实现都是有javassist的身影.

## 最后 ##

最后说一下就是其实动态代理除了jdk的动态代理还有cglib的动态代理, jdk动态代理主要是根据接口去生成代理类进行委托, 而cglib是通过直接继承对应的实现类来实现. 早期的时候cglib的性能会高出jdk动态代理很多, cglib使用的FastMethod可以一定程度提升性能, 不过后来经过jdk各个版本的优化后,反射性能不会差太多了,所以不用太纠结性能. 具体的cglib和反射的性能差异可以[Java反射的效率测试-优先使用FastMethod][Java_-_FastMethod]看这篇文章的demo测试,不过这个demo测试有个不好的地方在于, 在调用方法那里,所有的参数都指向同一个实例, 在这个情况下cglib 的速度会快很多, 于是我改成都是new 出来的数组, 得出的速度如下

请无视那个反射优化, 那个操作并不是优化操作, 截了2张, 大部分情况下cglib会快一点,但差不了太多  
![反射和cglib的速度差异][cglib]

![差异而][20190817170054932.png]

[Java_-_FastMethod]: https://blog.csdn.net/jiangtao_st/article/details/19497685
[cglib]: /images/20211013/a97b4456c0dd47a1b68f3999ac2a7eb7.png
[20190817170054932.png]: /images/20211013/4d727233b9684a45820ffbc5972eba06.png