Java代理全攻略【有瑕疵：字节码生成部分没看到，最后两节没仔细看，累了】

Java代理

1、代理模式

定义：给某个对象提供一个代理对象，并由代理对象控制对于原对象的访问，即客户不直接操控原对象，而是通过代理对象间接地操控原对象。

其实就是委托、聚合、中间人。

为了保持行为的一致性，代理类和委托类通常会实现相同的接口，所以在访问者看来两者没有丝毫的区别。

代理模式UML图：

好处：

优点一：可以隐藏委托类的实现;

优点二：可以实现客户与委托类间的解耦，在不修改委托类代码的情况下能够做一些额外的处理。

2、静态代理

若代理类在程序运行前就已经存在，那么这种代理方式被成为 静态代理 。

通常情况下， 静态代理中的代理类和委托类会实现同一接口或是派生自相同的父类。

静态代理的局限在于运行前必须编写好代理类。

3、动态代理

代理类在程序运行时创建的代理方式被成为 动态代理。

也就是说，这种情况下，代理类并不是在Java代码中定义的，而是在运行时根据我们在Java代码中的“指示”动态生成的。

相比于静态代理， 动态代理的优势在于可以很方便的对代理类的函数进行统一的处理，而不用修改每个代理类的函数。

比如：在执行委托类中的方法之前输出“before”，在执行完毕后输出“after”。

4、JDK动态代理

4.1、委托类

委托类就是真正实现了接口方法对应业务代码的类。

举例实现如下：

public class Vendor implements Sell {
    public void sell() {
        System.out.println("In sell method");
    }

    public void ad() {
        System,out.println("ad method");
    }
}

4.2 InvocationHandler接口

在使用动态代理时，我们需要定义一个位于代理类与委托类之间的中介类，这个中介类被要求实现InvocationHandler接口，这个接口的定义如下：

/**
 * 调用处理程序
 */
public interface InvocationHandler {
    Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args);
}

实现了这个接口的中介类用做“调用处理器”。

当我们调用代理类对象的方法时，这个“调用”会转送到invoke方法中，代理类对象作为proxy参数传入，参数method标识了我们具体调用的是代理类的哪个方法，args为这个方法的参数。

这样一来，我们对代理类中的所有方法的调用都会变为对invoke的调用，这样我们可以在invoke方法中添加统一的处理逻辑(也可以根据method参数对不同的代理类方法做不同的处理)。因此我们只需在中介类的invoke方法实现中输出“before”，然后调用委托类的invoke方法，再输出“after”。

在java的实现中，这个接口的位置：java.lang.reflect.InvocationHandler

4.3、中介类

中介类必须实现InvocationHandler接口，作为调用处理器”拦截“对代理类方法的调用。中介类的定义如下：

public class DynamicProxy implements InvocationHandler {
    //obj为委托类对象;
    private Object obj; 

    public DynamicProxy(Object obj) {
        this.obj = obj;
    } 

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("before");
        Object result = method.invoke(obj, args);
        System.out.println("after");
        return result;
    }
}

如代码所示，中间类通过聚合方式持有委托类对象引用，把外部对invoke的调用最终都转为对委托类对象的调用，这其实就是一个静态代理的实现。

4.4、Proxy类

java.lang.reflect.Proxy：这是 Java 动态代理机制的主类，它提供了一组静态方法来为一组接口动态地生成代理类及其对象。

关键方法：newProxyInstance

//该方法用于为指定类装载器、一组接口及调用处理器生成动态代理类实例
static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces, InvocationHandler h)

方法的三个参数含义分别如下：

    loader：定义了代理类的ClassLoder;
    interfaces：代理类实现的接口列表
    h：调用处理器，也就是我们上面定义的实现了InvocationHandler接口的类实例

我们调用Proxy类的newProxyInstance方法来获取一个代理类实例。这个代理类实现了我们指定的接口并且会把方法调用分发到指定的调用处理器。

4.4、JDK动态代理机制

使用JDK动态代理四步骤：

1. 通过实现 InvocationHandler 接口创建自己的调用处理器；
2. 通过为 Proxy 类指定 ClassLoader 对象和一组 interface 来创建动态代理类；
3. 通过反射机制获得动态代理类的构造函数，其唯一参数类型是调用处理器接口类型；
4. 通过构造函数创建动态代理类实例，构造时调用处理器对象作为参数被传入。

JDK动态代理对象创建过程

// InvocationHandlerImpl 实现了 InvocationHandler 接口，并能实现方法调用从代理类到委托类的分派转发
// 其内部通常包含指向委托类实例的引用，用于真正执行分派转发过来的方法调用
InvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(..); 

// 通过 Proxy 为包括 Interface 接口在内的一组接口动态创建代理类的类对象
Class clazz = Proxy.getProxyClass(classLoader, new Class[] { Interface.class, ... }); 

// 通过反射从生成的类对象获得构造函数对象
Constructor constructor = clazz.getConstructor(new Class[] { InvocationHandler.class }); 

// 通过构造函数对象创建动态代理类实例
Interface Proxy = (Interface)constructor.newInstance(new Object[] { handler });

实际使用中，2-4步被Proxy封装了，代码为：

// InvocationHandlerImpl 实现了 InvocationHandler 接口，并能实现方法调用从代理类到委托类的分派转发
InvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(..); 

// 通过 Proxy 直接创建动态代理类实例
Interface proxy = (Interface)Proxy.newProxyInstance( classLoader,
     new Class[] { Interface.class },
     handler );

JDK动态代理生成类

类名：格式是“$ProxyN”，其中 N 是一个逐一递增的阿拉伯数字，代表 Proxy 类第 N 次生成的动态代理类，

值得注意的一点是，并不是每次调用 Proxy 的静态方法创建动态代理类都会使得 N 值增加，原因是如果对同一组接口（包括接口排列的顺序相同）试图重复创建动态代理类，它会很聪明地返回先前已经创建好的代理类的类对象，而不会再尝试去创建一个全新的代理类，这样可以节省不必要的代码重复生成，提高了代理类的创建效率。

JDK动态代理类继承关系

关系图： 

由图可见，Proxy 类是它的父类，这个规则适用于所有由 Proxy 创建的动态代理类。、、 而且该类还实现了其所代理的一组接口，这就是为什么它能够被安全地类型转换到其所代理的某接口的根本原因。

每个代理类实例都会关联一个调用处理器对象，可以通过 Proxy 提供的静态方法 getInvocationHandler 去获得代理类实例的调用处理器对象。在代理类实例上调用其代理的接口中所声明的方法时，这些方法最终都会由调用处理器的 invoke 方法执行。

JDK动态代理的缺点

由继承关系可以看出，动态代理类的父类是Proxy，这就导致它始终无法摆脱仅支持 interface 代理的桎梏，因为它的设计注定了这个遗憾。

Java 的继承机制注定了这些动态代理类们无法实现对 class 的动态代理，原因是多继承在 Java 中本质上就行不通。

4.5、JDK动态生成代理类

相关代码如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //创建中介类实例
        DynamicProxy inter = new DynamicProxy(new Vendor());
        //加上这句将会产生一个$Proxy0.class文件，这个文件即为动态生成的代理类文件
        System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles","true"); 

        //获取代理类实例sell
        Sell sell = (Sell)(Proxy.newProxyInstance(Sell.class.getClassLoader(), new Class[] {Sell.class}, inter)); 

        //通过代理类对象调用代理类方法，实际上会转到invoke方法调用
        sell.sell();
        sell.ad();
    }
}

上面我们已经简单提到过动态代理的原理，这里再简单的总结下：首先通过newProxyInstance方法获取代理类实例，而后我们便可以通过这个代理类实例调用代理类的方法，对代理类的方法的调用实际上都会调用中介类(调用处理器)的invoke方法，在invoke方法中我们调用委托类的相应方法，并且可以添加自己的处理逻辑。

4.6、动态生成的代理类

public final class $Proxy1 extends Proxy implements Subject{
    private InvocationHandler h;
    private $Proxy1(){}
    public $Proxy1(InvocationHandler h){
        this.h = h;
    }
    public int request(int i){
        Method method = Subject.class.getMethod("request", new Class[]{int.class}); //创建method对象
        return (Integer)h.invoke(this, method, new Object[]{new Integer(i)}); //调用了invoke方法
    }
}

4.7、Proxy源码

关键变量

// 映射表：用于维护类装载器对象到其对应的代理类缓存，这是个缓存，防止多次加载同一个类。
private static Map loaderToCache = new WeakHashMap(); 

// 标记：用于标记一个动态代理类正在被创建中
private static Object pendingGenerationMarker = new Object(); 

// 同步表：记录已经被创建的动态代理类类型，主要被方法 isProxyClass 进行相关的判断
private static Map proxyClasses = Collections.synchronizedMap(new WeakHashMap()); 

// 关联的调用处理器引用
protected InvocationHandler h;

构造方法

// 由于 Proxy 内部从不直接调用构造函数，所以 private 类型意味着禁止任何调用
private Proxy() {} 

// 由于 Proxy 内部从不直接调用构造函数，所以 protected 意味着只有子类可以调用
protected Proxy(InvocationHandler h) {this.h = h;}

** 生成动态代理类的静态方法 newProxyInstance **

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

    // 检查 h 不为空，否则抛异常
    if (h == null) {
        throw new NullPointerException();
    } 

    // 获得与制定类装载器和一组接口相关的代理类类型对象
    Class cl = getProxyClass(loader, interfaces); 

    // 通过反射获取构造函数对象并生成代理类实例
    try {
        Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
        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());
    }
}

关键函数 getProxyClass

getProxyClass方法负责为一组接口动态地生成代理类类型对象。

方法分4个步骤：

1.对这组接口进行一定程度的安全检查，包括检查接口类对象是否对类装载器可见并且与类装载器所能识别的接口类对象是完全相同的，还会检查确保是 interface 类型而不是 class 类型。这个步骤通过一个循环来完成，检查通过后将会得到一个包含所有接口名称的字符串数组，记为 String[] interfaceNames。总体上这部分实现比较直观，所以略去大部分代码，仅保留留如何判断某类或接口是否对特定类装载器可见的相关代码。

//通过 Class.forName 方法判接口的可见性
try {
    // 指定接口名字、类装载器对象，同时制定 initializeBoolean 为 false 表示无须初始化类
    // 如果方法返回正常这表示可见，否则会抛出 ClassNotFoundException 异常表示不可见
    interfaceClass = Class.forName(interfaceName, false, loader);
} catch (ClassNotFoundException e) {
}

2.从 loaderToCache 映射表中获取以类装载器对象为关键字所对应的缓存表，如果不存在就创建一个新的缓存表并更新到 loaderToCache。缓存表是一个 HashMap 实例，正常情况下它将存放键值对（接口名字列表，动态生成的代理类的类对象引用）。当代理类正在被创建时它会临时保存（接口名字列表，pendingGenerationMarker）。标记 pendingGenerationMarke 的作用是通知后续的同类请求（接口数组相同且组内接口排列顺序也相同）代理类正在被创建，请保持等待直至创建完成。

//缓存表的使用
do {
    // 以接口名字列表作为关键字获得对应 cache 值
    Object value = cache.get(key);
    if (value instanceof Reference) {
        proxyClass = (Class) ((Reference) value).get();
    }
    if (proxyClass != null) {
        // 如果已经创建，直接返回
        return proxyClass;
    } else if (value == pendingGenerationMarker) {
        // 代理类正在被创建，保持等待
        try {
            cache.wait();
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        // 等待被唤醒，继续循环并通过二次检查以确保创建完成，否则重新等待
        continue;
    } else {
        // 标记代理类正在被创建
        cache.put(key, pendingGenerationMarker);
        // break 跳出循环已进入创建过程
        break;
} while (true);

3.动态创建代理类的类对象。首先是确定代理类所在的包，其原则如前所述，如果都为 public 接口，则包名为空字符串表示顶层包；如果所有非 public 接口都在同一个包，则包名与这些接口的包名相同；如果有多个非 public 接口且不同包，则抛异常终止代理类的生成。确定了包后，就开始生成代理类的类名，同样如前所述按格式“$ProxyN”生成。类名也确定了，接下来就是见证奇迹的发生 —— 动态生成代理类：

// 动态生成代理类
// 动态地生成代理类的字节码数组
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass( proxyName, interfaces);
try {
    // 动态地定义新生成的代理类
    proxyClass = defineClass0(loader, proxyName, proxyClassFile, 0,  proxyClassFile.length);
} catch (ClassFormatError e) {
    throw new IllegalArgumentException(e.toString());
} 

// 把生成的代理类的类对象记录进 proxyClasses 表
proxyClasses.put(proxyClass, null);

由此可见，所有的代码生成的工作都由神秘的 ProxyGenerator 所完成了，当你尝试去探索这个类时，你所能获得的信息仅仅是它位于并未公开的 sun.misc 包，有若干常量、变量和方法以完成这个神奇的代码生成的过程，但是 sun 并没有提供源代码以供研读。至于动态类的定义，则由 Proxy 的 native 静态方法 defineClass0 执行。

ProxyGenerator虽然没提供，但其生成的代理类的实现，我们应该是容易猜测的：
生成接口的所有方法，方法处理逻辑为通过反射调用中间类的invoke方法。
而做法就是替换修改字节码里面的各接口实现了，其实修改后的内容都是类似的，都是反射调用，所以如果写个函数名为入参的公共反射调用函数，就更容易了。

4.代码生成过程进入结尾部分，根据结果更新缓存表，如果成功则将代理类的类对象引用更新进缓存表，否则清楚缓存表中对应关键值，最后唤醒所有可能的正在等待的线程。

5、CGlib动态代理

前文讲过，JDK动态代理的缺点是：由于动态代理类已经继承了Proxy类，所以不能再集成委托类，所以就不能代理类，只能代理接口。

而CGlib动态代理，则是为了弥补这个缺点，提供了对类的动态代理能力。

5.1、什么是CGLIB

CGLIB是一个功能强大，高性能的代码生成包。它为没有实现接口的类提供代理，为JDK的动态代理提供了很好的补充。

通常可以使用Java的动态代理创建代理，但当要代理的类没有实现接口或者为了更好的性能，CGLIB是一个好的选择。

5.2、CGLIB原理

CGLIB原理：动态生成一个要代理类的子类，子类重写要代理的类的所有不是final的方法。

在子类中采用方法拦截的技术拦截所有父类方法的调用，顺势织入横切逻辑。它比使用java反射的JDK动态代理要快。

CGLIB底层：使用字节码处理框架ASM，来转换字节码并生成新的类。

不鼓励直接使用ASM，因为它要求你必须对JVM内部结构包括class文件的格式和指令集都很熟悉。

CGLIB缺点：对于final方法，无法进行代理。因为CGLib原理是动态生成被代理类的子类。

5.3、CGLIB的应用

广泛的被许多AOP的框架使用，例如Spring AOP和dynaop。Hibernate使用CGLIB来代理单端single-ended(多对一和一对一)关联。

5.4、CGLIB的API

1、jar

cglib-nodep-2.2.jar：使用nodep包不需要关联asm的jar包,jar包内部包含asm的类.

cglib-2.2.jar：使用此jar包需要关联asm的jar包,否则运行时报错.

2、类库

net.sf.cglib.core:底层字节码处理类，他们大部分与ASM有关系。

net.sf.cglib.transform:编译期或运行期类和类文件的转换

net.sf.cglib.proxy:实现创建代理和方法拦截器的类

net.sf.cglib.reflect:实现快速反射和C#风格代理的类

net.sf.cglib.util:集合排序等工具类

net.sf.cglib.beans:JavaBean相关的工具类

5.5、CGLIB使用动态代理步骤

1、被代理类：

public class TargetObject {
    public String method1(String paramName) {
        return paramName;
    }

    public int method2(int count) {
        return count;
    }

    public int method3(int count) {
        return count;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "TargetObject []"+ getClass();
    }
}

2、拦截器：

定义一个拦截器。在调用目标方法时，CGLib会回调MethodInterceptor接口方法拦截，来实现你自己的代理逻辑，类似于JDK中的InvocationHandler接口。

public class TargetInterceptor implements MethodInterceptor{
    /**
     * 重写方法拦截在方法前和方法后加入业务
     * Object obj为目标对象
     * Method method为目标方法
     * Object[] params 为参数，
     * MethodProxy proxy CGlib方法代理对象
     */
    @Override
    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] params,
            MethodProxy proxy) throws Throwable {
        System.out.println("调用前");
        Object result = proxy.invokeSuper(obj, params);
        System.out.println(" 调用后"+result);
        return result;
    }
}

参数：

Object为由CGLib动态生成的代理类实例，
Method为上文中实体类所调用的被代理的方法引用，
Object[]为参数值列表，
MethodProxy为生成的代理类对方法的代理引用。

返回：从代理实例的方法调用返回的值。

其中，proxy.invokeSuper(obj,arg)：调用代理类实例上的proxy方法的父类方法（即实体类TargetObject中对应的方法）

在这个示例中，只在调用被代理类方法前后各打印了一句话，当然实际编程中可以是其它复杂逻辑。

3、生成动态代理类：

public class TestCglib {
    public static void main(String args[]) {
        Enhancer enhancer =new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(TargetObject.class);
        enhancer.setCallback(new TargetInterceptor());
        TargetObject targetObject2=(TargetObject)enhancer.create();
        System.out.println(targetObject2);
        System.out.println(targetObject2.method1("mmm1"));
        System.out.println(targetObject2.method2(100));
        System.out.println(targetObject2.method3(200));
    }
}

这里Enhancer类是CGLib中的一个字节码增强器，它可以方便的对你想要处理的类进行扩展，以后会经常看到它。

首先将被代理类TargetObject设置成父类，然后设置拦截器TargetInterceptor，最后执行enhancer.create()动态生成一个代理类，并从Object强制转型成父类型TargetObject。

最后，在代理类上调用方法.

4、回调过滤器CallbackFilter

一、作用

在CGLib回调时可以设置对不同方法执行不同的回调逻辑，或者根本不执行回调。

在JDK动态代理中并没有类似的功能，对InvocationHandler接口方法的调用对代理类内的所以方法都有效。

定义实现过滤器CallbackFilter接口的类：

public class TargetMethodCallbackFilter implements CallbackFilter {

    /**
     * 过滤方法
     * 返回的值为数字，代表了Callback数组中的索引位置，要到用的Callback
     */
    @Override
    public int accept(Method method) {
        if(method.getName().equals("method1")){
            System.out.println("filter method1 ==0");
            return 0;
        }
        if(method.getName().equals("method2")){
            System.out.println("filter method2 ==1");
            return 1;
        }
        if(method.getName().equals("method3")){
            System.out.println("filter method3 ==2");
            return 2;
        }
        return 0;
    }

}

其中return值为被代理类的各个方法在回调数组Callback[]中的位置索引（见下文）。 而Callback的子类有：
InvocationHandler、MethodInterceptor、FixedValue(锁定返回值)、Dispatcher、LazyLoader等10个左右。

调用的地方：

Callback noopCb=NoOp.INSTANCE;
Callback callback1=new TargetInterceptor();
Callback fixedValue=new TargetResultFixed();
Callback[] cbarray=new Callback[]{callback1,noopCb,fixedValue};

enhancer.setCallbacks(cbarray);
enhancer.setCallbackFilter(callbackFilter);

5.延迟加载对象

上文讲到Callback的子类中有LazyLoader和Dispatcher。这两者都可以实现延迟加载。

Dispatcher和LazyLoader的区别在于：
LazyLoader只在第一次访问延迟加载属性时触发代理类回调方法，
Dispatcher在每次访问延迟加载属性时都会触发代理类回调方法。

具体没看明白，以后再看

详见：https://blog.csdn.net/zghwaicsdn/article/details/50957474

6.接口生成器InterfaceMaker

具体没看明白，以后再看

详见：https://blog.csdn.net/zghwaicsdn/article/details/50957474

6、总结

代理模式：委托类和代理类都继承于统一接口，委托来实现功能，代理类提供功能，委托类聚合在代理类里面。

代理分静态代理和动态代理，区别如下：
静态代理：代理类是编码时写好的。
动态代理：代理类是运行时动态生成的。

Java动态代理的实现有两种方法：JDK动态代理、CGLIB动态代理。

这两种动态代理生成动态代理类的方法，都是生成字节码，然后覆盖字节码，区别是Jdk是继承Proxy实现接口，采用反射的方式调用函数；CGLIB是通过继承委托类，覆盖被代理方法。以及由此产生的其他差异：

JDK动态代理：
Proxy类提供，原理是反射，只能代理接口，不可以按函数选择不同的处理器。

CGLIB动态代理：
原理是继承后重写方法中拦截方法调用，效率比反射高，可以代理类，可以按函数选择不同的处理器，不能代理final。

遗憾的是：两种方法的字节码生成方法都没有看到。

参考

Java动态代理
https://juejin.im/post/5ad3e6b36fb9a028ba1fee6a
Java 动态代理机制分析及扩展，第 1 部分
https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-proxy1/index.html
CGLIB介绍与原理
https://blog.csdn.net/zghwaicsdn/article/details/50957474