cglib源码分析（四）：cglib 动态代理原理分析

2021-11-13 00:35:11

本文分下面三个部分来分析cglib动态代理的原理。

cglib 动态代理示例
代理类分析
Fastclass 机制分析

一、cglib 动态代理示例

 public class Target{

     public void f(){

         System.out.println("Target f()");

     }

     public void g(){

         System.out.println("Target g()");

     }

 }

 public class Interceptor implements MethodInterceptor {

     @Override

     public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,    MethodProxy proxy) throws Throwable {

         System.out.println("I am intercept begin");

 //Note: 此处一定要使用proxy的invokeSuper方法来调用目标类的方法

         proxy.invokeSuper(obj, args);

         System.out.println("I am intercept end");

         return null;

     }

 }

 public class Test {

     public static void main(String[] args) {

     System.setProperty(DebuggingClassWriter.DEBUG_LOCATION_PROPERTY, "F:\\code");

          //实例化一个增强器，也就是cglib中的一个class generator

         Enhancer eh = new Enhancer();

          //设置目标类

         eh.setSuperclass(Target.class);

         // 设置拦截对象

         eh.setCallback(new Interceptor());

         // 生成代理类并返回一个实例

         Target t = (Target) eh.create();

         t.f();

         t.g();

     }

 }

运行结果为：

I am intercept begin

Target f()

I am intercept end

I am intercept begin

Target g()

I am intercept end

与JDK动态代理相比，cglib可以实现对一般类的代理而无需实现接口。在上例中通过下列步骤来生成目标类Target的代理类：

创建Enhancer实例
通过setSuperclass方法来设置目标类
通过setCallback 方法来设置拦截对象
create方法生成Target的代理类，并返回代理类的实例

二、代理类分析

在示例代码中我们通过设置DebuggingClassWriter.DEBUG_LOCATION_PROPERTY的属性值来获取cglib生成的代理类。通过之前分析的命名规则我们可以很容易的在F:\\code下面找到生成的代理类 Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0.class 。

使用jd-gui进行反编译（由于版本的问题，此处只能显示部分代码，可以结合javap的反编译结果来进行分析），由于cglib会代理Object中的finalize,equals, toString,hashCode,clone方法，为了清晰的展示代理类我们省略这部分代码，反编译的结果如下：

 public class Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0 extends Target implements Factory

 {

     private boolean CGLIB$BOUND;

     private static final ThreadLocal CGLIB$THREAD_CALLBACKS;

     private static final Callback[] CGLIB$STATIC_CALLBACKS;

     private MethodInterceptor CGLIB$CALLBACK_0;

     private static final Method CGLIB$g$0$Method;

     private static final MethodProxy CGLIB$g$0$Proxy;

     private static final Object[] CGLIB$emptyArgs;

     private static final Method CGLIB$f$1$Method;

     private static final MethodProxy CGLIB$f$1$Proxy;

     static void CGLIB$STATICHOOK1()

     {

       CGLIB$THREAD_CALLBACKS = new ThreadLocal();

       CGLIB$emptyArgs = new Object[0];

       Class localClass1 = Class.forName("net.sf.cglib.test.Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0");

       Class localClass2;

       Method[] tmp60_57 = ReflectUtils.findMethods(new String[] { "g", "()V", "f", "()V" }, (localClass2 = Class.forName("net.sf.cglib.test.Target")).getDeclaredMethods());

       CGLIB$g$0$Method = tmp60_57[0];

       CGLIB$g$0$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()V", "g", "CGLIB$g$0");

       CGLIB$f$1$Method = tmp60_57[1];

       CGLIB$f$1$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()V", "f", "CGLIB$f$1");

     }

     final void CGLIB$g$0()

     {

       super.g();

     }

     public final void g()

     {

       MethodInterceptor tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0;

       if (tmp4_1 == null)

       {

           CGLIB$BIND_CALLBACKS(this);

           tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0;

       }

       if (this.CGLIB$CALLBACK_0 != null) {

           tmp4_1.intercept(this, CGLIB$g$0$Method, CGLIB$emptyArgs, CGLIB$g$0$Proxy);

       }

       else{

           super.g();

       }

     }

 }

代理类（Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0）继承了目标类（Target），至于代理类实现的factory接口与本文无关，残忍无视。代理类为每个目标类的方法生成两个方法，例如针对目标类中的每个非private方法，代理类会生成两个方法，以g方法为例：一个是@Override的g方法，一个是CGLIB$g$0（CGLIB$g$0相当于目标类的g方法）。我们在示例代码中调用目标类的方法t.g()时，实际上调用的是代理类中的g()方法。接下来我们着重分析代理类中的g方法，看看是怎么实现的代理功能。

当调用代理类的g方法时，先判断是否已经存在实现了MethodInterceptor接口的拦截对象，如果没有的话就调用CGLIB$BIND_CALLBACKS方法来获取拦截对象，CGLIB$BIND_CALLBACKS的反编译结果如下：

private static final void CGLIB$BIND_CALLBACKS(java.lang.Object);

  Code:

   0:   aload_0

   1:   checkcast       #2; //class net/sf/cglib/test/Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0

   4:   astore_1

   5:   aload_1

   6:   getfield        #212; //Field CGLIB$BOUND:Z

   9:   ifne    52

   12:  aload_1

   13:  iconst_1

   14:  putfield        #212; //Field CGLIB$BOUND:Z

   17:  getstatic       #24; //Field CGLIB$THREAD_CALLBACKS:Ljava/lang/ThreadLocal;

   20:  invokevirtual   #215; //Method java/lang/ThreadLocal.get:()Ljava/lang/Object;

   23:  dup

   24:  ifnonnull       39

   27:  pop

   28:  getstatic       #210; //Field CGLIB$STATIC_CALLBACKS:[Lnet/sf/cglib/proxy/Callback;

   31:  dup

   32:  ifnonnull       39

   35:  pop

   36:  goto    52

   39:  checkcast       #216; //class "[Lnet/sf/cglib/proxy/Callback;"

   42:  aload_1

   43:  swap

   44:  iconst_0

   45:  aaload

   46:  checkcast       #48; //class net/sf/cglib/proxy/MethodInterceptor

   49:  putfield        #36; //Field CGLIB$CALLBACK_0:Lnet/sf/cglib/proxy/MethodInterceptor;

   52:  return

为了方便阅读，等价的代码如下：

private static final void CGLIB$BIND_CALLBACKS(Object o){

        Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0 temp_1 = (Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0)o;

        Object temp_2;

        Callback[] temp_3

        if(temp_1.CGLIB$BOUND == true){

            return;

        }

        temp_1.CGLIB$BOUND = true;

        temp_2 = CGLIB$THREAD_CALLBACKS.get();

        if(temp_2!=null){

            temp_3 = (Callback[])temp_2;

        }

        else if(CGLIB$STATIC_CALLBACKS!=null){

            temp_3 = CGLIB$STATIC_CALLBACKS;

        }

        else{

            return;

        }

        temp_1.CGLIB$CALLBACK_0 = (MethodInterceptor)temp_3[0];

        return；

    }

CGLIB$BIND_CALLBACKS 先从CGLIB$THREAD_CALLBACKS中get拦截对象，如果获取不到的话，再从CGLIB$STATIC_CALLBACKS来获取，如果也没有则认为该方法不需要代理。

那么拦截对象是如何设置到CGLIB$THREAD_CALLBACKS 或者 CGLIB$STATIC_CALLBACKS中的呢？

在Jdk动态代理中拦截对象是在实例化代理类时由构造函数传入的，在cglib中是调用Enhancer的firstInstance方法来生成代理类实例并设置拦截对象的。firstInstance的调用轨迹为：

Enhancer：firstInstance
Enhancer：createUsingReflection
Enhancer：setThreadCallbacks
Enhancer：setCallbacksHelper
Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0 ： CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS

在第5步，调用了代理类的CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS来完成拦截对象的注入。下面我们看一下CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS的反编译结果：

public static void CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS(net.sf.cglib.proxy.Callback[]);

  Code:

   0:   getstatic       #24; //Field CGLIB$THREAD_CALLBACKS:Ljava/lang/ThreadLocal;

   3:   aload_0

   4:   invokevirtual   #207; //Method java/lang/ThreadLocal.set:(Ljava/lang/Object;)V

   7:   return

在CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS方法中调用了CGLIB$THREAD_CALLBACKS的set方法来保存拦截对象，在CGLIB$BIND_CALLBACKS方法中使用了CGLIB$THREAD_CALLBACKS的get方法来获取拦截对象，并保存到CGLIB$CALLBACK_0中。这样，在我们调用代理类的g方法时，就可以获取到我们设置的拦截对象，然后通过 tmp4_1.intercept(this, CGLIB$g$0$Method, CGLIB$emptyArgs, CGLIB$g$0$Proxy) 来实现代理。这里来解释一下intercept方法的参数含义：

@para1 obj ：代理对象本身

@para2 method ：被拦截的方法对象

@para3 args：方法调用入参

@para4 proxy：用于调用被拦截方法的方法代理对象

这里会有一个疑问，为什么不直接反射调用代理类生成的（CGLIB$g$0）来间接调用目标类的被拦截方法，而使用proxy的invokeSuper方法呢？这里就涉及到了另外一个点— FastClass 。

三、Fastclass 机制分析

Jdk动态代理的拦截对象是通过反射的机制来调用被拦截方法的，反射的效率比较低，所以cglib采用了FastClass的机制来实现对被拦截方法的调用。FastClass机制就是对一个类的方法建立索引，通过索引来直接调用相应的方法，下面用一个小例子来说明一下，这样比较直观：

public class test10 {

    public static void main(String[] args){

        Test tt = new Test();

        Test2 fc = new Test2();

        int index = fc.getIndex("f()V");

        fc.invoke(index, tt, null);

    }

}

class Test{

    public void f(){

        System.out.println("f method");

    }

    public void g(){

        System.out.println("g method");

    }

}

class Test2{

    public Object invoke(int index, Object o, Object[] ol){

        Test t = (Test) o;

        switch(index){

        case 1:

            t.f();

            return null;

        case 2:

            t.g();

            return null;

        }

        return null;

    }

    public int getIndex(String signature){

        switch(signature.hashCode()){

        case 3078479:

            return 1;

        case 3108270:

            return 2;

        }

        return -1;

    }

}

上例中，Test2是Test的Fastclass，在Test2中有两个方法getIndex和invoke。在getIndex方法中对Test的每个方法建立索引，并根据入参（方法名+方法的描述符）来返回相应的索引。Invoke根据指定的索引，以ol为入参调用对象O的方法。这样就避免了反射调用，提高了效率。代理类（Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0）中与生成Fastclass相关的代码如下：

Class localClass1 = Class.forName("net.sf.cglib.test.Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0");

localClass2 = Class.forName("net.sf.cglib.test.Target");

CGLIB$g$0$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()V", "g", "CGLIB$g$0");

MethodProxy中会对localClass1和localClass2进行分析并生成FastClass，然后再使用getIndex来获取方法g 和 CGLIB$g$0的索引，具体的生成过程将在后续进行介绍，这里介绍一个关键的内部类：

 private static class FastClassInfo

    {

        FastClass f1; // net.sf.cglib.test.Target的fastclass

        FastClass f2; // Target$$EnhancerByCGLIB$$788444a0 的fastclass

        int i1; //方法g在f1中的索引

        int i2; //方法CGLIB$g$0在f2中的索引

    }

MethodProxy 中invokeSuper方法的代码如下：

    FastClassInfo fci = fastClassInfo;

    return fci.f2.invoke(fci.i2, obj, args);

当调用invokeSuper方法时，实际上是调用代理类的CGLIB$g$0方法，CGLIB$g$0直接调用了目标类的g方法。所以，在第一节示例代码中我们使用invokeSuper方法来调用被拦截的目标类方法。

至此，我们已经了解cglib动态代理的工作原理，接下来会对cglib的相关源码进行分析。

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一、cglib 动态代理示例

二、代理类分析

三、Fastclass 机制分析

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