Java * 分析及理解

Java * 分析及理解

代理设计模式

定义：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

* 使用

java * 机制以巧妙的方式实现了代理模式的设计理念。

代理模式示例代码

public interface Subject  
{  
public void doSomething();  
}  
public class RealSubject implements Subject  
{  
public void doSomething()  
{  
 System.out.println( "call doSomething()" );  
}  
}  
public class ProxyHandler implements InvocationHandler  
{  
private Object proxied;  

public ProxyHandler( Object proxied )  
{  
 this.proxied = proxied;  
}  

public Object invoke( Object proxy, Method method, Object[] args ) throws Throwable  
{  
 //在转调具体目标对象之前，可以执行一些功能处理

//转调具体目标对象的方法
 return method.invoke( proxied, args);

//在转调具体目标对象之后，可以执行一些功能处理
}  
}

import java.lang.reflect.InvocationHandler;  
import java.lang.reflect.Method;  
import java.lang.reflect.Proxy;  
import sun.misc.ProxyGenerator;  
import java.io.*;  
public class DynamicProxy  
{  
public static void main( String args[] )  
{  
 RealSubject real = new RealSubject();  
 Subject proxySubject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(Subject.class.getClassLoader(),
  new Class[]{Subject.class},
  new ProxyHandler(real));

proxySubject.doSomething();

//write proxySubject class binary data to file  
 createProxyClassFile();  
}  

public static void createProxyClassFile()  
{  
 String name = "ProxySubject";  
 byte[] data = ProxyGenerator.generateProxyClass( name, new Class[] { Subject.class } );  
 try
 {  
  FileOutputStream out = new FileOutputStream( name + ".class" );  
  out.write( data );  
  out.close();  
 }  
 catch( Exception e )  
 {  
  e.printStackTrace();  
 }  
}  
}

* 内部实现

首先来看看类Proxy的代码实现 Proxy的主要静态变量

// 映射表：用于维护类装载器对象到其对应的代理类缓存
private static Map loaderToCache = new WeakHashMap();

// 标记：用于标记一个 * 类正在被创建中
private static Object pendingGenerationMarker = new Object();

// 同步表：记录已经被创建的 * 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;

Proxy的构造方法

// 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;}

Proxy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();
 }

// 获得与指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());
 }
}

类Proxy的getProxyClass方法调用ProxyGenerator的 generateProxyClass方法产生ProxySubject.class的二进制数据：

public static byte[] generateProxyClass(final String name, Class[] interfaces)

我们可以import sun.misc.ProxyGenerator，调用 generateProxyClass方法产生binary data，然后写入文件，最后通过反编译工具来查看内部实现原理。 反编译后的ProxySubject.java Proxy静态方法newProxyInstance

import java.lang.reflect.*;  
public final class ProxySubject extends Proxy  
 implements Subject  
{  
 private static Method m1;  
 private static Method m0;  
 private static Method m3;  
 private static Method m2;  
 public ProxySubject(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);  
   }  
 }  
 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 void doSomething()  
 {  
   try
   {  
     super.h.invoke(this, m3, null);  
     return;  
   }  
   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);  
   }  
 }  
 static  
 {  
   try
   {  
     m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] {  
       Class.forName("java.lang.Object")  
     });  
     m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);  
     m3 = Class.forName("Subject").getMethod("doSomething", 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());  
   }  
 }  
}

ProxyGenerator内部是如何生成class二进制数据，可以参考源代码。

private byte[] generateClassFile() {  
/*
 * Record that proxy methods are needed for the hashCode, equals,
 * and toString methods of java.lang.Object. This is done before
 * the methods from the proxy interfaces so that the methods from
 * java.lang.Object take precedence over duplicate methods in the
 * proxy interfaces.
 */
addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);  
addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);  
addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);  
/*
 * Now record all of the methods from the proxy interfaces, giving
 * earlier interfaces precedence over later ones with duplicate
 * methods.
 */
for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {  
  Method[] methods = interfaces[i].getMethods();  
  for (int j = 0; j < methods.length; j++) {  
 addProxyMethod(methods[j], interfaces[i]);  
  }  
}  
/*
 * For each set of proxy methods with the same signature,
 * verify that the methods' return types are compatible.
 */
for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {  
  checkReturnTypes(sigmethods);  
}  
/* ============================================================
 * Step 2: Assemble FieldInfo and MethodInfo structs for all of
 * fields and methods in the class we are generating.
 */
try {  
  methods.add(generateConstructor());  
  for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {  
 for (ProxyMethod pm : sigmethods) {  
   // add static field for method's Method object  
   fields.add(new FieldInfo(pm.methodFieldName,  
  "Ljava/lang/reflect/Method;",  
   ACC_PRIVATE | ACC_STATIC));  
   // generate code for proxy method and add it  
   methods.add(pm.generateMethod());  
 }  
  }  
  methods.add(generateStaticInitializer());  
} catch (IOException e) {  
  throw new InternalError("unexpected I/O Exception");  
}  
/* ============================================================
 * Step 3: Write the final class file.
 */
/*
 * Make sure that constant pool indexes are reserved for the
 * following items before starting to write the final class file.
 */
cp.getClass(dotToSlash(className));  
cp.getClass(superclassName);  
for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {  
  cp.getClass(dotToSlash(interfaces[i].getName()));  
}  
/*
 * Disallow new constant pool additions beyond this point, since
 * we are about to write the final constant pool table.
 */
cp.setReadOnly();  
ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();  
DataOutputStream dout = new DataOutputStream(bout);  
try {  
  /*
   * Write all the items of the "ClassFile" structure.
   * See JVMS section 4.1.
   */
    // u4 magic;  
  dout.writeInt(0xCAFEBABE);  
    // u2 minor_version;  
  dout.writeShort(CLASSFILE_MINOR_VERSION);  
    // u2 major_version;  
  dout.writeShort(CLASSFILE_MAJOR_VERSION);  
  cp.write(dout);  // (write constant pool)  
    // u2 access_flags;  
  dout.writeShort(ACC_PUBLIC | ACC_FINAL | ACC_SUPER);  
    // u2 this_class;  
  dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(className)));  
    // u2 super_class;  
  dout.writeShort(cp.getClass(superclassName));  
    // u2 interfaces_count;  
  dout.writeShort(interfaces.length);  
    // u2 interfaces[interfaces_count];  
  for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {  
 dout.writeShort(cp.getClass(  
   dotToSlash(interfaces[i].getName())));  
  }  
    // u2 fields_count;  
  dout.writeShort(fields.size());  
    // field_info fields[fields_count];  
  for (FieldInfo f : fields) {  
 f.write(dout);  
  }  
    // u2 methods_count;  
  dout.writeShort(methods.size());  
    // method_info methods[methods_count];  
  for (MethodInfo m : methods) {  
 m.write(dout);  
  }  
      // u2 attributes_count;  
  dout.writeShort(0); // (no ClassFile attributes for proxy classes)  
} catch (IOException e) {  
  throw new InternalError("unexpected I/O Exception");  
}  
return bout.toByteArray();

总结

一个典型的 * 创建对象过程可分为以下四个步骤：

1、通过实现InvocationHandler接口创建自己的调用处理器 IvocationHandler handler = new InvocationHandlerImpl(...);
2、通过为Proxy类指定ClassLoader对象和一组interface创建 * 类
Class clazz = Proxy.getProxyClass(classLoader,new Class[]{...});
3、通过反射机制获取 * 类的构造函数，其参数类型是调用处理器接口类型
Constructor constructor = clazz.getConstructor(new Class[]{InvocationHandler.class});
4、通过构造函数创建代理类实例，此时需将调用处理器对象作为参数被传入
Interface Proxy = (Interface)constructor.newInstance(new Object[] (handler));
为了简化对象创建过程，Proxy类中的newInstance方法封装了2~4，只需两步即可完成代理对象的创建。
生成的ProxySubject继承Proxy类实现Subject接口，实现的Subject的方法实际调用处理器的invoke方法，而invoke方法利用反射调用的是被代理对象的的方法（Object result=method.invoke(proxied,args)）

美中不足

诚然，Proxy已经设计得非常优美，但是还是有一点点小小的遗憾之处，那就是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。回想一下那些动态生成的代理类的继承关系图，它们已经注定有一个共同的父类叫Proxy。Java的继承机制注定了这些 * 类们无法实现对class的 * ，原因是多继承在Java中本质上就行不通。有很多条理由，人们可以否定对 class代理的必要性，但是同样有一些理由，相信支持class * 会更美好。接口和类的划分，本就不是很明显，只是到了Java中才变得如此的细化。如果只从方法的声明及是否被定义来考量，有一种两者的混合体，它的名字叫抽象类。实现对抽象类的 * ，相信也有其内在的价值。此外，还有一些历史遗留的类，它们将因为没有实现任何接口而从此与 * 永世无缘。如此种种，不得不说是一个小小的遗憾。但是，不完美并不等于不伟大，伟大是一种本质，Java * 就是佐例。

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来源：http://blog.csdn.net/qq_37810594/article/details/71450830