前言

• Java的代理機制使得我們可以在不修改原始的Java物件的程式碼的情況下，對原始的Java物件進行功能的增強。
• Java的代理機制包括了靜態代理和動態代理，靜態代理需要我們為每個需要被代理的物件編寫對應的代理類，當被代理物件較多時，使用靜態代理就不太合適了，而動態代理使得我們可以把需要被代理的物件作為引數，傳遞給用於生成代理物件的方法，並在執行時動態地建立代理物件。
• 動態代理又包括了使用JDK api實現的JDK代理和使用cglib包實現的cglib代理，JDK代理需要被代理物件實現了介面，通過invocationHandler呼叫原物件方法實現代理，而cglib不需要被代理物件實現介面，通過繼承原物件並重寫位元組碼的方式實現代理。
• 本文介紹了JDK代理的機制以及簡單的使用過程，JDK代理的核心包括Proxy類和InvocationHandler介面。
• 如圖為Proxy類的UML圖。
  

1 核心——Proxy類

1.1 變數/域

1.1.1 proxyClassCache

• 型別：WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
• 目的：快取生成的代理類的class物件的工廠物件，並通過快取的工廠物件產生代理類的class物件。
• 原理：在Proxy呼叫newProxyInstance方法時，會首先在快取中查詢是否存在對應代理類的class物件，若找到了則可以直接利用該class物件，生成並返回新的代理物件；否則會利用ProxyClassFactory建立新的代理類的class物件（並放入快取），生成並返回新的代理物件。proxyClassCache通過一個靜態的WeakCache快取實現，WeakCache通過巢狀的concurrentMap實現二級快取：一級快取的key（key）是使用傳入的ClassLoader包裝而成的CacheKey（繼承於WeakReference，見下）；二級快取的key（subkey）是使用傳入的介面class物件陣列通過KeyFactory（見1.3.1）生成的，而二級快取（valuesMap）的value是一個實現了supplier介面（見下）的物件。該物件是一個用於產生目標代理類class物件的工廠，對該物件呼叫get方法來獲取真正的代理類的class物件。此外，在WeakCache中使用到了弱引用類WeakReference和一個弱引用佇列ReferenceQueue解決concurrentMap的垃圾回收問題。
• supplier介面：泛型函式式介面，通過重寫get方法，可以返回一個物件。
• 為什麼要使用WeakReference和ReferenceQueue：要解決這個問題，首先需要知道什麼是強引用和弱引用。以本例來說，當我們直接向concurrentMap中存放一個鍵值對時，我們向map中新增了三個物件的引用，鍵值對的entry（node），key和value，引用預設是強引用，意味著當我們沒有顯式地從map中remove(key)時，這三個物件是不會被垃圾回收的。因此如果程式長時間執行而沒有顯式remove，map中加入了越來越多的物件，就可能造成效能問題。與強引用不同的是，如果一個物件只存在弱引用，那麼它在下一次垃圾回收時，就會被回收。因此，在這裡使用了WeakReference弱引用包裝類和ReferenceQueue弱引用佇列來解決物件回收的問題。具體的做法是，將map的key包裝到WeakReference中，實現key到其他物件的弱引用，但是如果只有key使用了弱引用是不夠的，因為就算key被垃圾回收了，entry和value仍然沒有被回收。利用ReferenceQueue可以解決這個問題，WeakReference在建立的時候需要兩個引數，一個是被包裝的key，另一個則是一個指定的ReferenceQueue，key被註冊到該ReferenceQueue中。當key被回收時，會向該ReferenceQueue中加入這個key。這時會產生一個看似矛盾的問題，為什麼想要key被回收，但是又要在它被回收的時候加入佇列中？這是因為在key被回收時，我們還需要通過它去清除map中的整個entry物件。在本例中，concurrentMap每次呼叫get方法時，都會執行一次清除工作，去清除存在於自身中且與ReferenceQueue中的key對應的entry，key和value，這樣就可以及時清理掉一級快取concurrentMap中過期的物件。

1.2 方法

1.2.1 newProxyInstance（核心）

• 目的：獲取新的代理物件。
• 原理：根據傳入的類載入器、介面class物件的陣列和invocationHandler實現類，從proxyClassCache中獲取一個實現了傳入的介面方法的代理類的class物件，隨後通過反射的方式獲取class物件中的constructor，呼叫newInstance方法生成代理物件例項並返回。

1.2.2 getProxyClass

• 目的：從proxyClassCache中根據類載入器和介面class物件的陣列返回代理類的class物件（比newProxyInstance少一個通過反射生成代理物件的步驟）。

1.2.3 defineClass0（核心）

• 目的：生成新的代理類的class物件。
• 原理：defineClass0(loader, proxyName, proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length)，通過方法生成的新的代理類的class物件中，成員變數/例項域中包含了指定的介面中的所有方法的method物件和後期通過構造方法傳入的invocationHandler實現類，成員方法中實現了指定的介面中的所有方法。在外部呼叫代理物件的方法時，這些方法內部實際上是通過代理物件中的invocationHandler，轉而呼叫invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)，其中proxy代表代理物件自身this，method是代理物件方法對應的成員變數method物件，args是method所需引數。

1.3 內部類

1.3.1 KeyFactory

• 目的：生成proxyClassCache中二級快取（valuesMap）的鍵，該鍵標識了傳入的一組class物件。
• 原理：KeyFactory是BiFunction介面的實現類（泛型函式式介面，通過重寫apply方法，可以傳入兩個物件，運算然後返回一個結果物件），泛型引數為BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Object>，表示可以傳入一個類載入器和一個介面class物件的陣列，通過apply方法**生成一個Key？物件**（見1.3.3），並返回。KeyFactory實際上並沒有呼叫classLoader，僅僅通過class<?>[]的長度判斷返回哪一種Key。

1.3.2 ProxyClassFactory

• 目的：生成新的代理類的class物件。
• 原理：ProxyClassFactory是BiFunction介面的實現類，泛型引數為BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>，表示可以傳入一個類載入器和一個介面class物件的陣列，通過apply方法生成一個代理類的class物件，並返回。apply方法中包括了生成代理類class物件的一些預處理，如檢查傳入的class物件陣列中的class物件是否被類載入器可見、是否是介面、生成新的代理類的類名proxyName等，最後呼叫native的defineClass0方法（見）生成新的代理類的class物件，該class物件隨後用於生成代理類例項。ProxyClassFactory的apply方法在對proxyClassCache的二級快取的value——工廠物件呼叫get方法時呼叫。

1.3.3 Key1，Key2，KeyX

• 目的：作為proxyClassCache二級快取的鍵。
• 原理：KeyFactory在生成Key？物件時，這個物件的實際型別由傳入的介面class物件的陣列大小決定，陣列中大於2個class物件時生成KeyX類的物件/例項，而只有1個（最常見）或2個class物件時分別生成Key1類和Key2類的物件，這樣做是因為針對後兩種的情況進行了程式碼的優化。鍵與鍵之間也是用hashcode來比較的。

2 核心——InvocationHandler介面

2.1 目的

實現了讓代理物件在呼叫介面方法時，轉而執行增強的、被代理過的方法——invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)。

2.1 原理

該介面的實現類相當於一個方法呼叫處理器，在Proxy.newProxyInstance呼叫時被傳入到Proxy物件中。隨後，在Proxy產生了代理類的class物件，並通過反射生成代理物件時，被傳入到代理物件中。因此，代理物件呼叫任何方法時，都會使用invocationHandler執行定義的invoke方法。

3 示例

3.1 InvocationHandler實現類

class InvocationHandlerImpl implements InvocationHandler {
    Object targetObject;

    public InvocationHandlerImpl(Object targetObject) {
        this.targetObject = targetObject;
    }
	
	// 由3.4 可知，proxy代表代理物件本身（此處沒有使用），method代表被代理介面中當前被呼叫的method物件，args為method物件引數
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // your code before method invoked
        System.out.println("start to do something..");
        Object result = method.invoke(targetObject, args);
        // your code after method invoked
        System.out.println("end to do something..");
        return result;
    }
}

3.2 被代理的介面

interface Person {
    void eat();

    void drink();
}

3.3 main方法中建立介面的代理物件

public static void main(String[] args) {
		// JDK代理只能代理實現了介面的物件，建立這個物件傳入invocationHandler實現類中，後者呼叫invoke方法時，method的反射呼叫會使用到該物件
        Person person = new Person() {
            @Override
            public void eat() {
                System.out.println("eating...");
            }

            @Override
            public void drink() {
                System.out.println("drinking...");
            }
        };
        Person proxyPerson = (Person) Proxy.newProxyInstance(Person.class.getClassLoader(), new Class[]{Person.class}, new InvocationHandlerImpl(person));
        proxyPerson.eat();
        // 列印 start to do something..
		//      eating...
  		//      end to do something..
    }

3.4 Proxy中自動建立的代理類class物件（簡要）

public class $Proxy0 {
    InvocationHandler invocationHandler;
    Method originalEat = xxx; // 此處為介面原方法的method物件，用於invocationHandler實現類的invoke方法通過反射來呼叫！
    Method originalDrink = xxx;
	
	public $Proxy0(InvocationHandler invocationHandler){
		this.invocationHandler = invocationHandler;
	}
	
	// 實現了介面方法，並在每個方法中通過invocationHandler呼叫增強的方法
    public void eat() throws Throwable {
        invocationHandler.invoke(this, originalEat, null);
    }

    public void drink() throws Throwable {
        invocationHandler.invoke(this, originalDrink, null);
    }
}

參考

• https://blog.csdn.net/jiankunking/article/details/52143504
• https://www.cnblogs.com/liuyun1995/p/8144676.html
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/88759564
• https://segmentfault.com/a/1190000011291179