提到JDK动态代理，相信很多人并不陌生。然而，对于动态代理的实现原理，以及如何编码实现动态代理功能，可能知道的人就比较少了。接下一来，我们就一起来看看JDK动态代理的基本原理，以及如何通过Javassist进行模拟实现。

JDK动态代理

示例

以下是一个基于JDK动态代理的hello world示例，在很多地方都可以看到类似的版本。

public class DynamicProxyTest {interface IHello {void sayHello();}static class Hello implements IHello {@Overridepublic void sayHello() {System.out.println("hello world");}}static class DynamicProxy implements InvocationHandler {Object originalObj;Object bind(Object originalObj) {this.originalObj = originalObj;return Proxy.newProxyInstance(originalObj.getClass().getClassLoader(), originalObj.getClass().getInterfaces(), this);}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {System.out.println("pre method");Object result = method.invoke(originalObj, args);System.out.println("post method");return result;}}public static void main(String[] args) {System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");IHello hello = (IHello) new DynamicProxy().bind(new Hello());hello.sayHello();}
}
复制代码

生成代理类源码

通过设置参数 sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles为true，在执行main函数之后，我们将得到一份$Proxy0.class文件，它就是Hello的代理类。

经过反编译，得到$Proxy0的源码（省略了无关内容）如下：

final class $Proxy0 extends Proxy implements DynamicProxyTest.IHello {private static Method m1;private static Method m3;private static Method m2;private static Method m0;public $Proxy0(InvocationHandler paramInvocationHandler) {super(paramInvocationHandler);}public final void sayHello() {try {this.h.invoke(this, m3, null);return;} catch (Error | RuntimeException localError) {throw localError;} catch (Throwable localThrowable) {throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);}}static {try {m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals",new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") });m3 = Class.forName("DynamicProxyTest$IHello").getMethod("sayHello", new Class[0]);m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);} catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException) {throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());} catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException) {throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());}}
}
复制代码

主要实现原理

• 动态生成一个代理类，实现IHello接口；
• 代理类继承Proxy类，提供一个实例变量InvocationHandler h用于保存代理逻辑（此外，Proxy还提供了相关代理类处理逻辑）；
• 代理类声明一系列Method类变量，用于保存接口相关的反射方法；
• 代理类实现相关接口方法，核心逻辑是调用InvocationHandler的invoke方法，并传入3个参数：当前代理类对象、接口反射方法对象、实际方法参数。

Javassist实现JDK动态代理

前面简单分析了JDK动态代理的基本原理，其中，最核心的逻辑在于如何生成动态代理类，也就是 java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)方法的实现。

接下来我们将通过Javassist一步步实现newProxyInstance方法。

1. 定义接口

接口基本与Proxy.newProxyInstance相同。为简单说明，我们这里只定义了一个接口类型参数Class<?>而不是数组。

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?> interfaceClass, InvocationHandler h) {...
}
复制代码

2. 创建动态代理类

Javassist可以通过简单的Java API来操作源代码，这样就可以在不了解Java字节码相关知识的情况下，动态生成类或修改类的行为。

创建名称为NewProxyClass的代理类。

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass proxyCc = pool.makeClass("NewProxyClass");
复制代码

3. 添加实例变量InvocationHandler

添加类型为InvocationHandler的实例变量h。

CtClass handlerCc = pool.get(InvocationHandler.class.getName());
/* 生成代码：private InvocationHandler h; */
CtField handlerField = new CtField(handlerCc, "h", proxyCc);
handlerField.setModifiers(AccessFlag.PRIVATE);
proxyCc.addField(handlerField);
复制代码

4. 添加构造函数

创建构造函数，参数类型为InvocationHandler。

// 生成构造函数：public NewProxyClass(InvocationHandler h) { this.h = h; }
CtConstructor ctConstructor = new CtConstructor(new CtClass[] { handlerCc }, proxyCc);
ctConstructor.setBody("$0.h = $1;");
proxyCc.addConstructor(ctConstructor);
复制代码

其中，$0代表this, $1代表构造函数的第1个参数。

5. 实现IHello接口声明

// 生成接口实现声明：public class NewProxyClass implements IHello
CtClass interfaceCc = pool.get(interfaceClass.getName());
proxyCc.addInterface(interfaceCc);
复制代码

6. 实现IHello相关接口方法

6.1 遍历接口方法

CtMethod[] ctMethods = interfaceCc.getDeclaredMethods();
for (int i = 0; i < ctMethods.length; i++) {// 核心逻辑在下方
}
复制代码

6.2 代理方法实现

由于代理类调用invoke方法需要传入接口的反射方法对象（Method），因此，我们需要为每个方法添加一个可复用的Method类变量。

6.2.1 反射方法对象声明及初始化

/* 构造方法参数，如：new Class[] { String.class, Boolean.TYPE, Object.class } */
String classParamsStr = "new Class[0]";
if (ctMethods[i].getParameterTypes().length > 0) {for (CtClass clazz : ctMethods[i].getParameterTypes()) {classParamsStr = ((classParamsStr == "new Class[0]") ? clazz.getName() : classParamsStr + "," + clazz.getName()) + ".class";}classParamsStr = "new Class[] {" + classParamsStr + "}";
}
// 字段生成模板
String methodFieldTpl = "private static java.lang.reflect.Method %s=Class.forName(\"%s\").getDeclaredMethod(\"%s\", %s);";
// 根据模板生成方法及参数构造方法字段生成语句
String methodFieldBody = String.format(methodFieldTpl, "m" + i, interfaceClass.getName(), ctMethods[i].getName(), classParamsStr);
// 为代理类添加反射方法字段
CtField methodField = CtField.make(methodFieldBody, proxyCc);
proxyCc.addField(methodField);
复制代码

通过以上逻辑，将生成类似代码如下：

private static Method m0 = Class.forName("chapter9.javassistproxy3.IHello").getDeclaredMethod("sayHello", new Class[0]);
private static Method m1 = Class.forName("chapter9.javassistproxy3.IHello").getDeclaredMethod("sayHello2", new Class[] { Integer.TYPE });
private static Method m2 = Class.forName("chapter9.javassistproxy3.IHello").getDeclaredMethod("sayHello3", new Class[] { String.class, Boolean.TYPE, Object.class });
复制代码

6.2.2 接口方法体实现

// invoke调用逻辑. 其中$args是实际方法传入的参数数组
String methodBody = "$0.h.invoke($0, " + methodFieldName + ", $args)";// 如果方法有返回类型，则需要转换为相应类型后返回
if (CtPrimitiveType.voidType != ctMethods[i].getReturnType()) {// 对8个基本类型进行转型// 例如：((Integer)this.h.invoke(this, this.m2, new Object[] { paramString, new Boolean(paramBoolean), paramObject })).intValue();if (ctMethods[i].getReturnType() instanceof CtPrimitiveType) {CtPrimitiveType ctPrimitiveType = (CtPrimitiveType) ctMethods[i].getReturnType();methodBody = "return ((" + ctPrimitiveType.getWrapperName() + ") " + methodBody + ")." + ctPrimitiveType.getGetMethodName() + "()";}// 对于非基本类型直接转型即可else {methodBody = "return (" + ctMethods[i].getReturnType().getName() + ") " + methodBody;}
}
methodBody += ";";/* 为代理类添加方法 */
CtMethod newMethod = new CtMethod(ctMethods[i].getReturnType(), ctMethods[i].getName(),ctMethods[i].getParameterTypes(), proxyCc);
newMethod.setBody(methodBody);
proxyCc.addMethod(newMethod);
复制代码

通过以上逻辑，将生成类似代码如下：

public void sayHello() {this.h.invoke(this, m0, new Object[0]);
}public String sayHello2(int paramInt) {return (String)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { new Integer(paramInt) });
}public int sayHello3(String paramString, boolean paramBoolean, Object paramObject) {return ((Integer)this.h.invoke(this, m2, new Object[] { paramString, new Boolean(paramBoolean), paramObject })).intValue();
}
复制代码

7. 生成代理类字节码

以下语句，将生成代理类字节码：D:/tmp/NewProxyClass.class

proxyCc.writeFile("D:/tmp"); // 该步骤可选
复制代码

8. 生成代理对象

最后，通过调用第3步创建的构造函数，传入InvocationHandler对象，生成并返回代理类。

Object proxy = proxyCc.toClass().getConstructor(InvocationHandler.class).newInstance(h);
return proxy;
复制代码

完整代码

public class ProxyFactory {public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?> interfaceClass, InvocationHandler h) throws Throwable {ClassPool pool = ClassPool.getDefault();// 1.创建代理类：public class NewProxyClassCtClass proxyCc = pool.makeClass("NewProxyClass");/* 2.给代理类添加字段：private InvocationHandler h; */CtClass handlerCc = pool.get(InvocationHandler.class.getName());CtField handlerField = new CtField(handlerCc, "h", proxyCc); // CtField(CtClass fieldType, String fieldName, CtClass addToThisClass)handlerField.setModifiers(AccessFlag.PRIVATE);proxyCc.addField(handlerField);/* 3.添加构造函数：public NewProxyClass(InvocationHandler h) { this.h = h; } */CtConstructor ctConstructor = new CtConstructor(new CtClass[] { handlerCc }, proxyCc);ctConstructor.setBody("$0.h = $1;"); // $0代表this, $1代表构造函数的第1个参数proxyCc.addConstructor(ctConstructor);/* 4.为代理类添加相应接口方法及实现 */CtClass interfaceCc = pool.get(interfaceClass.getName());// 4.1 为代理类添加接口：public class NewProxyClass implements IHelloproxyCc.addInterface(interfaceCc);// 4.2 为代理类添加相应方法及实现CtMethod[] ctMethods = interfaceCc.getDeclaredMethods();for (int i = 0; i < ctMethods.length; i++) {String methodFieldName = "m" + i; // 新的方法名// 4.2.1 为代理类添加反射方法字段// 如：private static Method m1 = Class.forName("chapter9.javassistproxy3.IHello").getDeclaredMethod("sayHello2", new Class[] { Integer.TYPE });/* 构造反射字段声明及赋值语句 */String classParamsStr = "new Class[0]"; // 方法的多个参数类型以英文逗号分隔if (ctMethods[i].getParameterTypes().length > 0) { // getParameterTypes获取方法参数类型列表for (CtClass clazz : ctMethods[i].getParameterTypes()) {classParamsStr = (("new Class[0]".equals(classParamsStr)) ? clazz.getName() : classParamsStr + "," + clazz.getName()) + ".class";}classParamsStr = "new Class[] {" + classParamsStr + "}";}String methodFieldTpl = "private static java.lang.reflect.Method %s=Class.forName(\"%s\").getDeclaredMethod(\"%s\", %s);";String methodFieldBody = String.format(methodFieldTpl, "m" + i, interfaceClass.getName(), ctMethods[i].getName(), classParamsStr);// 为代理类添加反射方法字段. CtField.make(String sourceCodeText, CtClass addToThisClass)CtField methodField = CtField.make(methodFieldBody, proxyCc);proxyCc.addField(methodField);System.out.println("methodFieldBody: " + methodFieldBody);/* 4.2.2 为方法添加方法体 *//* 构造方法体. this.h.invoke(this, 反射字段名, 方法参数列表); */String methodBody = "$0.h.invoke($0, " + methodFieldName + ", $args)";// 如果方法有返回类型，则需要转换为相应类型后返回，因为invoke方法的返回类型为Objectif (CtPrimitiveType.voidType != ctMethods[i].getReturnType()) {// 对8个基本类型进行转型// 例如：((Integer)this.h.invoke(this, this.m2, new Object[] { paramString, new Boolean(paramBoolean), paramObject })).intValue();if (ctMethods[i].getReturnType() instanceof CtPrimitiveType) {CtPrimitiveType ctPrimitiveType = (CtPrimitiveType) ctMethods[i].getReturnType();methodBody = "return ((" + ctPrimitiveType.getWrapperName() + ") " + methodBody + ")." + ctPrimitiveType.getGetMethodName() + "()";} else { // 对于非基本类型直接转型即可methodBody = "return (" + ctMethods[i].getReturnType().getName() + ") " + methodBody;}}methodBody += ";";/* 为代理类添加方法. CtMethod(CtClass returnType, String methodName, CtClass[] parameterTypes, CtClass addToThisClass) */CtMethod newMethod = new CtMethod(ctMethods[i].getReturnType(), ctMethods[i].getName(),ctMethods[i].getParameterTypes(), proxyCc);newMethod.setBody(methodBody);proxyCc.addMethod(newMethod);System.out.println("Invoke method: " + methodBody);}proxyCc.writeFile("D:/tmp");// 5.生成代理实例. 将入参InvocationHandler h设置到代理类的InvocationHandler h变量@SuppressWarnings("unchecked")Object proxy = proxyCc.toClass().getConstructor(InvocationHandler.class).newInstance(h);return proxy;}}public interface IHello {int sayHello3(String a, boolean b, Object c);
}public class Hello implements IHello {@Overridepublic int sayHello3(String a, boolean b, Object c) {String abc = a + b + c;System.out.println("a + b + c=" + abc);return abc.hashCode();}
}public class CustomHandler implements InvocationHandler {private Object obj;public CustomHandler(Object obj) {this.obj = obj;}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {System.out.println("pre method");Object result = method.invoke(obj, args);System.out.println("post method");return result;}}public class ProxyTest {public static void main(String[] args) throws Throwable {IHello hello = new Hello();CustomHandler customHandler = new CustomHandler(hello);IHello helloProxy = (IHello) ProxyFactory.newProxyInstance(hello.getClass().getClassLoader(), IHello.class, customHandler);System.out.println();System.out.println("a+false+Object=" + helloProxy.sayHello3("a", false, new Object()));}}
复制代码

执行结果：

methodFieldBody: private static java.lang.reflect.Method m0=Class.forName("chapter9.javassistproxy3.IHello").getDeclaredMethod("sayHello3", new Class[] {java.lang.String.class,boolean.class,java.lang.Object.class});
Invoke method: return ((java.lang.Integer) $0.h.invoke(args)).intValue();

pre method
a + b + c=afalsejava.lang.Object@504bae78
post method
a+false+Object=-903110407

---

参考

Javassist官网：www.javassist.org/

个人公众号

更多文章，请关注公众号：二进制之路