深入理解CGLIB动态代理机制

本文是基于CGLIB 3.1进行探究的

cglib is a powerful, high performance and quality Code Generation Library, It is used to extend JAVA classes and implements interfaces at runtime.

在Spring AOP中,通常会用它来生成AopProxy对象。不仅如此,在Hibernate中PO(Persistant Object 持久化对象)字节码的生成工作也要靠它来完成。

本文将深入探究CGLIB动态代理的实现机制,配合下面这篇文章一起食用口味更佳:
深入理解JDK动态代理机制

一、CGLIB动态代理示例

下面由一个简单的示例开始我们对CGLIB动态代理的介绍:

为了后续编码的顺利进行,我们需要使用Maven引入CGLIB的包
图1.1 被代理类
图1.2 实现MethodInterceptor接口生成方法拦截器
图1.3 生成代理类对象并打印在代理类对象调用方法之后的执行结果

JDK代理要求被代理的类必须实现接口,有很强的局限性。而CGLIB动态代理则没有此类强制性要求。简单的说,CGLIB会让生成的代理类继承被代理类,并在代理类中对代理方法进行强化处理(前置处理、后置处理等)。在CGLIB底层,其实是借助了ASM这个非常强大的Java字节码生成框架。

二、生成代理类对象

从图1.3中我们看到,代理类对象是由Enhancer类创建的。Enhancer是CGLIB的字节码增强器,可以很方便的对类进行拓展,如图1.3中的为类设置Superclass。

创建代理对象的几个步骤:

  • 生成代理类的二进制字节码文件;
  • 加载二进制字节码,生成Class对象( 例如使用Class.forName()方法 );
  • 通过反射机制获得实例构造,并创建代理类对象

我们来看看将代理类Class文件反编译之后的Java代码

package proxy;

import java.lang.reflect.Method;
import net.sf.cglib.core.ReflectUtils;
import net.sf.cglib.core.Signature;
import net.sf.cglib.proxy.Callback;
import net.sf.cglib.proxy.Factory;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

public class HelloServiceImpl$$EnhancerByCGLIB$$82ef2d06
  extends HelloServiceImpl
  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$sayHello$0$Method;
  private static final MethodProxy CGLIB$sayHello$0$Proxy;
  private static final Object[] CGLIB$emptyArgs;
  private static final Method CGLIB$finalize$1$Method;
  private static final MethodProxy CGLIB$finalize$1$Proxy;
  private static final Method CGLIB$equals$2$Method;
  private static final MethodProxy CGLIB$equals$2$Proxy;
  private static final Method CGLIB$toString$3$Method;
  private static final MethodProxy CGLIB$toString$3$Proxy;
  private static final Method CGLIB$hashCode$4$Method;
  private static final MethodProxy CGLIB$hashCode$4$Proxy;
  private static final Method CGLIB$clone$5$Method;
  private static final MethodProxy CGLIB$clone$5$Proxy;
  
  static void CGLIB$STATICHOOK1()
  {
    CGLIB$THREAD_CALLBACKS = new ThreadLocal();
    CGLIB$emptyArgs = new Object[0];
    Class localClass1 = Class.forName("proxy.HelloServiceImpl$$EnhancerByCGLIB$$82ef2d06");
    Class localClass2;
    Method[] tmp95_92 = ReflectUtils.findMethods(new String[] { "finalize", "()V", "equals", "(Ljava/lang/Object;)Z", "toString", "()Ljava/lang/String;", "hashCode", "()I", "clone", "()Ljava/lang/Object;" }, (localClass2 = Class.forName("java.lang.Object")).getDeclaredMethods());
    CGLIB$finalize$1$Method = tmp95_92[0];
    CGLIB$finalize$1$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()V", "finalize", "CGLIB$finalize$1");
    Method[] tmp115_95 = tmp95_92;
    CGLIB$equals$2$Method = tmp115_95[1];
    CGLIB$equals$2$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "(Ljava/lang/Object;)Z", "equals", "CGLIB$equals$2");
    Method[] tmp135_115 = tmp115_95;
    CGLIB$toString$3$Method = tmp135_115[2];
    CGLIB$toString$3$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()Ljava/lang/String;", "toString", "CGLIB$toString$3");
    Method[] tmp155_135 = tmp135_115;
    CGLIB$hashCode$4$Method = tmp155_135[3];
    CGLIB$hashCode$4$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()I", "hashCode", "CGLIB$hashCode$4");
    Method[] tmp175_155 = tmp155_135;
    CGLIB$clone$5$Method = tmp175_155[4];
    CGLIB$clone$5$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()Ljava/lang/Object;", "clone", "CGLIB$clone$5");
    tmp175_155;
    Method[] tmp223_220 = ReflectUtils.findMethods(new String[] { "sayHello", "()V" }, (localClass2 = Class.forName("proxy.HelloServiceImpl")).getDeclaredMethods());
    CGLIB$sayHello$0$Method = tmp223_220[0];
    CGLIB$sayHello$0$Proxy = MethodProxy.create(localClass2, localClass1, "()V", "sayHello", "CGLIB$sayHello$0");
    tmp223_220;
    return;
  }
  
  final void CGLIB$sayHello$0()
  {
    super.sayHello();
  }
  
  public final void sayHello()
  {
    MethodInterceptor tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
    if (tmp4_1 == null)
    {
      tmp4_1;
      CGLIB$BIND_CALLBACKS(this);
    }
    if (this.CGLIB$CALLBACK_0 != null) {
      return;
    }
    super.sayHello();
  }
  
  final void CGLIB$finalize$1()
    throws Throwable
  {
    super.finalize();
  }
  
  protected final void finalize()
    throws Throwable
  {
    MethodInterceptor tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
    if (tmp4_1 == null)
    {
      tmp4_1;
      CGLIB$BIND_CALLBACKS(this);
    }
    if (this.CGLIB$CALLBACK_0 != null) {
      return;
    }
    super.finalize();
  }
  
  final boolean CGLIB$equals$2(Object paramObject)
  {
    return super.equals(paramObject);
  }
  
  public final boolean equals(Object paramObject)
  {
    MethodInterceptor tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
    if (tmp4_1 == null)
    {
      tmp4_1;
      CGLIB$BIND_CALLBACKS(this);
    }
    MethodInterceptor tmp17_14 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
    if (tmp17_14 != null)
    {
      Object tmp41_36 = tmp17_14.intercept(this, CGLIB$equals$2$Method, new Object[] { paramObject }, CGLIB$equals$2$Proxy);
      tmp41_36;
      return tmp41_36 == null ? false : ((Boolean)tmp41_36).booleanValue();
    }
    return super.equals(paramObject);
  }
  
  final String CGLIB$toString$3()
  {
    return super.toString();
  }
  
  public final String toString()
  {
    MethodInterceptor tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
    if (tmp4_1 == null)
    {
      tmp4_1;
      CGLIB$BIND_CALLBACKS(this);
    }
    MethodInterceptor tmp17_14 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
    if (tmp17_14 != null) {
      return (String)tmp17_14.intercept(this, CGLIB$toString$3$Method, CGLIB$emptyArgs, CGLIB$toString$3$Proxy);
    }
    return super.toString();
  }
  
  final int CGLIB$hashCode$4()
  {
    return super.hashCode();
  }
  
  public final int hashCode()
  {
    MethodInterceptor tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
    if (tmp4_1 == null)
    {
      tmp4_1;
      CGLIB$BIND_CALLBACKS(this);
    }
    MethodInterceptor tmp17_14 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
    if (tmp17_14 != null)
    {
      Object tmp36_31 = tmp17_14.intercept(this, CGLIB$hashCode$4$Method, CGLIB$emptyArgs, CGLIB$hashCode$4$Proxy);
      tmp36_31;
      return tmp36_31 == null ? 0 : ((Number)tmp36_31).intValue();
    }
    return super.hashCode();
  }
  
  final Object CGLIB$clone$5()
    throws CloneNotSupportedException
  {
    return super.clone();
  }
  
  protected final Object clone()
    throws CloneNotSupportedException
  {
    MethodInterceptor tmp4_1 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
    if (tmp4_1 == null)
    {
      tmp4_1;
      CGLIB$BIND_CALLBACKS(this);
    }
    MethodInterceptor tmp17_14 = this.CGLIB$CALLBACK_0;
    if (tmp17_14 != null) {
      return tmp17_14.intercept(this, CGLIB$clone$5$Method, CGLIB$emptyArgs, CGLIB$clone$5$Proxy);
    }
    return super.clone();
  }
  
  public static MethodProxy CGLIB$findMethodProxy(Signature paramSignature)
  {
    String tmp4_1 = paramSignature.toString();
    switch (tmp4_1.hashCode())
    {
    case -1574182249: 
      if (tmp4_1.equals("finalize()V")) {
        return CGLIB$finalize$1$Proxy;
      }
      break;
    }
  }
  
  public HelloServiceImpl$$EnhancerByCGLIB$$82ef2d06()
  {
    CGLIB$BIND_CALLBACKS(this);
  }
  
  public static void CGLIB$SET_THREAD_CALLBACKS(Callback[] paramArrayOfCallback)
  {
    CGLIB$THREAD_CALLBACKS.set(paramArrayOfCallback);
  }
  
  public static void CGLIB$SET_STATIC_CALLBACKS(Callback[] paramArrayOfCallback)
  {
    CGLIB$STATIC_CALLBACKS = paramArrayOfCallback;
  }
  
  private static final void CGLIB$BIND_CALLBACKS(Object paramObject)
  {
    82ef2d06 local82ef2d06 = (82ef2d06)paramObject;
    if (!local82ef2d06.CGLIB$BOUND)
    {
      local82ef2d06.CGLIB$BOUND = true;
      Object tmp23_20 = CGLIB$THREAD_CALLBACKS.get();
      if (tmp23_20 == null)
      {
        tmp23_20;
        CGLIB$STATIC_CALLBACKS;
      }
      local82ef2d06.CGLIB$CALLBACK_0 = (// INTERNAL ERROR //

三、对委托类进行代理

我们上面贴出了生成的代理类源码。以我们上面的例子为参考,下面我们总结一下CGLIB在进行代理的时候都进行了哪些工作呢

  • 生成的代理类HelloServiceImpl$$EnhancerByCGLIB$$82ef2d06继承被代理类HelloServiceImpl。在这里我们需要注意一点:如果委托类被final修饰,那么它不可被继承,即不可被代理;同样,如果委托类中存在final修饰的方法,那么该方法也不可被代理;
  • 代理类会为委托方法生成两个方法,一个是重写的sayHello方法,另一个是CGLIB$sayHello$0方法,我们可以看到它是直接调用父类的sayHello方法;
  • 当执行代理对象的sayHello方法时,会首先判断一下是否存在实现了MethodInterceptor接口的CGLIB$CALLBACK_0;,如果存在,则将调用MethodInterceptor中的intercept方法,如图2.1。

图2.1 intercept方法

图2.2 代理类为每个委托方法都会生成两个方法

intercept方法中,我们除了会调用委托方法,还会进行一些增强操作。在Spring AOP中,典型的应用场景就是在某些敏感方法执行前后进行操作日志记录。

我们从图2.1中看到,调用委托方法是通过代理方法的MethodProxy对象调用invokeSuper方法来执行的,下面我们看看invokeSuper方法中的玄机:

图2.3 invokeSuper方法

在这里好像不能直接看出代理方法的调用。没关系,我会慢慢介绍。
我们知道,在JDK动态代理中方法的调用是通过反射来完成的。如果有对此不太了解的同学,可以看下我之前的博客----深入理解JDK动态代理机制。但是在CGLIB中,方法的调用并不是通过反射来完成的,而是直接对方法进行调用:FastClass对Class对象进行特别的处理,比如将会用数组保存method的引用,每次调用方法的时候都是通过一个index下标来保持对方法的引用。比如下面的getIndex方法就是通过方法签名来获得方法在存储了Class信息的数组中的下标。

图2.4 getIndex方法
图2.5 FastClassInfo类中持有两个FastClass对象的引用.png

以我们上面的sayHello方法为例,f1指向委托类对象,f2指向代理类对象,i1和i2分别代表着sayHello方法以及CGLIB$sayHello$0方法在对象信息数组中的下标。

到此为止CGLIB动态代理机制就介绍完了,下面给出三种代理方式之间对比。

代理方式 实现 优点 缺点 特点
JDK静态代理 代理类与委托类实现同一接口,并且在代理类中需要硬编码接口 实现简单,容易理解 代理类需要硬编码接口,在实际应用中可能会导致重复编码,浪费存储空间并且效率很低 好像没啥特点
JDK动态代理 代理类与委托类实现同一接口,主要是通过代理类实现InvocationHandler并重写invoke方法来进行动态代理的,在invoke方法中将对方法进行增强处理 不需要硬编码接口,代码复用率高 只能够代理实现了接口的委托类 底层使用反射机制进行方法的调用
CGLIB动态代理 代理类将委托类作为自己的父类并为其中的非final委托方法创建两个方法,一个是与委托方法签名相同的方法,它在方法中会通过super调用委托方法;另一个是代理类独有的方法。在代理方法中,它会判断是否存在实现了MethodInterceptor接口的对象,若存在则将调用intercept方法对委托方法进行代理 可以在运行时对类或者是接口进行增强操作,且委托类无需实现接口 不能对final类以及final方法进行代理 底层将方法全部存入一个数组中,通过数组索引直接进行方法调用
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