摘要：修飾者模式設計模式中的修飾者模式能動態地給目標對象增加額外的職責。修飾者模式調用的時序圖如下圖所示。的實現原理和修飾者模式類似。

?在上邊一篇文章中我們介紹了Spring AOP的基本概念，今天我們就來學習一下與AOP實現相關的修飾者模式和Java Proxy相關的原理，為之后源碼分析打下基礎。

?Java設計模式中的修飾者模式能動態地給目標對象增加額外的職責(Responsibility)。它使用組合(object composition)，即將目標對象作為修飾者對象(代理)的成員變量，由修飾者對象決定調用目標對象的時機和調用前后所要增強的行為。

?裝飾模式包含如下組成部分：

Component: 抽象構件，也就是目標對象所實現的接口，有operation函數

ConcreteComponent: 具體構件，也就是目標對象的類

Decorator: 抽象裝飾類，也實現了抽象構件接口，也就是目標類和裝飾類都實現了相同的接口

ConcreteDecorator: 具體裝飾類，其中addBeavior函數就是增強的行為，裝飾類可以自己決定addBeavior函數和目標對象函數operation函數的調用時機。

?修飾者模式調用的時序圖如下圖所示。程序首先創建目標對象，然后創建修飾者對象，并將目標對象傳入作為其成員變量。當程序調用修飾者對象的operation函數時，修飾者對象會先調用目標對象的operation函數，然后再調用自己的addBehavior函數。這就是類似于AOP的后置增強器，在目標對象的行為之后添加新的行為。

?Spring AOP的實現原理和修飾者模式類似。在上一篇文章中說到AOP的動態代理有兩種實現方式，分別是JDK Proxy和cglib。

?如下圖所示，JDK Proxy的類結構和上文中修飾者的類圖結構類似，都是代理對象和目標對象都實現相同的接口，代理對象持有目標對象和切面對象，并且決定目標函數和切面增強函數的調用時機。
?而cglib的實現略有不同，它沒有實現實現相同接口，而是代理對象繼承目標對象類。

?本文后續就講解一下JDK Proxy的相關源碼分析。

?JDK提供了Proxy類來實現動態代理的，可通過它的newProxyInstance函數來獲得代理對象。JDK還提供了InvocationHandler類，代理對象的函數被調用時，會調用它的invoke函數，程序員可以在其中實現所需的邏輯。

?JDK Proxy的基本語法如下所示。先構造一個InvocationHandler 的實現類，然后調用Proxy的newProxyInstance 函數生成代理對象，傳入類加載器，目標對象的接口和自定義的InvocationHandler實例。

public class CustomInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Object target;

    public CustomInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("Before invocation");
        Object retVal = method.invoke(target, args);
        System.out.println("After invocation");
        return retVal;
    }
}

CustomInvocationHandler customInvocationHandler = new CustomInvocationHandler(
        helloWord);
//通過Proxy.newProxyInstance生成代理對象
ProxyTest proxy = (ProxyTest) Proxy.newProxyInstance(
        ProxyTest.class.getClassLoader(),
       proxyObj.getClass().getInterfaces(), customInvocationHandler);

?我們首先來看一下Proxy的newProxyInstance函數。newProxyInstance函數的邏輯大致如下：

首先根據傳入的目標對象接口動態生成代理類

然后獲取代理類的構造函數實例

最后將InvocationHandler作為參數通過反射調用構造函數實例，生成代理類對象。

?具體源碼如下所示。

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

    final Class[] intfs = interfaces.clone();
    final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
    if (sm != null) {
        checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
    }
    // 1 動態生成代理對象的類
    Class cl = getProxyClass0(loader, intfs);

    // ... 代碼省略，下邊代碼其實是在try catch中的
    if (sm != null) {
        checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
    }
    // 2 獲取代理類的構造函數
    final Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
    final InvocationHandler ih = h;
    if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
        AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {
            public Void run() {
                cons.setAccessible(true);
                return null;
            }
        });
    }
    // 3調用構造函數，傳入InvocationHandler對象
    return cons.newInstance(new Object[]{h});
}

?getProxyClass0函數的源碼如下所示，通過代理類緩存獲取代理類信息，如果不存在則會生成代理類。

// 生成代理類
private static Class getProxyClass0(ClassLoader loader,
                                        Class... interfaces) {
    if (interfaces.length > 65535) {
        throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
    }

    // 如果已經有Proxy類的緩存則直接返回，否則要進行創建
    return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}

?JDK Proxy通過ProxyClassFactory生成代理類。其apply函數大致邏輯如下：

校驗接口是否符合規范

生成代理類的名稱和包名

生成代理類字節碼

根據字節碼生成代理類Class

// 生成代理類的工廠類
private static final class ProxyClassFactory
    implements BiFunction[], Class>
{
    // 所有代理類名的前綴
    private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";

    // 生成唯一類名的原子Long對象
    private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();

    @Override
    public Class apply(ClassLoader loader, Class[] interfaces) {

        Map, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
        for (Class intf : interfaces) {
            // 通過loader找到接口對應的類信息。
            Class interfaceClass = null;
            try {
                interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
            }
            if (interfaceClass != intf) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    intf + " is not visible from class loader");
            }
            // 判斷找出來的類確實是一個接口
            if (!interfaceClass.isInterface()) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    interfaceClass.getName() + " is not an interface");
            }
            // 判斷接口是否重復
            if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    "repeated interface: " + interfaceClass.getName());
            }
        }
        // 代理類的包路徑
        String proxyPkg = null;
        int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;

        // 記錄非公開的代理接口，以便于生成的代理類和原來的類在同一個路徑下。 
        for (Class intf : interfaces) {
            int flags = intf.getModifiers();
            if (!Modifier.isPublic(flags)) {
                accessFlags = Modifier.FINAL;
                String name = intf.getName();
                int n = name.lastIndexOf(".");
                String pkg = ((n == -1) ? "" : name.substring(0, n + 1));
                if (proxyPkg == null) {
                    proxyPkg = pkg;
                } else if (!pkg.equals(proxyPkg)) {
                    throw new IllegalArgumentException(
                        "non-public interfaces from different packages");
                }
            }
        }
        // 如果沒有非公開的Proxy接口，使用com.sun.proxy報名
        if (proxyPkg == null) {
            proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
        }

        long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
        // 默認情況下，代理類的完全限定名為：com.sun.proxy.$Proxy0，$Proxy1……依次遞增  
        String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;

        // 生成代理類字節碼
        byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
            proxyName, interfaces, accessFlags);
        try {
            // 根據字節碼返回相應的Class實例
            return defineClass0(loader, proxyName,
                                proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
        } catch (ClassFormatError e) {
            throw new IllegalArgumentException(e.toString());
        }
    }
}

?其中關于字節碼生成的部分邏輯我們就暫時不深入介紹了，感興趣的同學可以自行研究。

?我們來看一下生成的代理類的反編譯代碼。代理類實現了Object的基礎函數，比如toString、hasCode和equals ，也實現了目標接口中定義的函數，比如說ProxyTest接口的test 函數。

? $Proxy中函數的實現都是直接調用了InvocationHandler 的invoke函數。

public final class $Proxy0 extends Proxy
  implements ProxyTest 
// 會實現目標接口，但是由于集成了Proxy，所以無法再集成其他類
{
  private static Method m1;
  private static Method m0;
  private static Method m3;
  private static Method m2;
  // 構造函數要傳入一個InvocationHandler對象
  public $Proxy0(InvocationHandler paramInvocationHandler)
    throws 
  {
    super(paramInvocationHandler);
  }
  // equal函數
  public final boolean equals(Object paramObject)
    throws 
  {
      try
    {
      return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue();
    }
    catch (RuntimeException localRuntimeException)
    {
      throw localRuntimeException;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
    }
    throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
  }

  public final int hashCode()
    throws 
  {
    try
    {
      return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue();
    }
    catch (RuntimeException localRuntimeException)
    {
      throw localRuntimeException;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
    }
    throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
  }
  // test函數，也就是ProxyTest接口中定義的函數
  public final void test(String paramString)
    throws 
  {
    try
    {
      // 調用InvocationHandler的invoke函數
      this.h.invoke(this, m3, new Object[] { paramString });
      return;
    }
    catch (RuntimeException localRuntimeException)
    {
      throw localRuntimeException;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
    }
    throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
  }

  public final String toString()
    throws 
  {
    try
    {
      return (String)this.h.invoke(this, m2, null);
    }
    catch (RuntimeException localRuntimeException)
    {
      throw localRuntimeException;
    }
    catch (Throwable localThrowable)
    {
    }
    throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable);
  }
  // 獲取各個函數的Method對象
  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("com.proxy.test2.HelloTest").getMethod("say", new Class[] { Class.forName("java.lang.String") });
      m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
      return;
    }
    catch (NoSuchMethodException localNoSuchMethodException)
    {
      throw new NoSuchMethodError(localNoSuchMethodException.getMessage());
    }
    catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException)
    {
    }
    throw new NoClassDefFoundError(localClassNotFoundException.getMessage());
  }
}

?下一篇文章就是AOP的源碼分析了，希望大家繼續關注。