面试官 :自定义的Java注解是如何生效的?
小白 :自定义注解后,需要定义这个注解的注解解析及处理器,在这个注解解析及处理器的内部,通过反射使用Class、Method、Field对象的getAnnotation()方法可以获取各自位置上的注解信息,进而完成注解所需要的行为,例如给属性赋值、查找依赖的对象实例等。
面试官 :你说的是运行时的自定义注解解析处理,如果要自定义一个编译期生效的注解,如何实现?
小白 :自定义注解的生命周期在编译期的,声明这个注解时@Retention的值为RetentionPolicy.CLASS,需要明确的是此时注解信息保留在源文件和字节码文件中,在JVM加载class文件后,注解信息不会存在内存中。声明一个类,这个类继承javax.annotation.processing.AbstractProcessor抽象类,然后重写这个抽象类的process方法,在这个方法中完成注解所需要的行为。
面试官 :你刚刚说的这种方式的实现原理是什么?
小白 :在使用javac编译源代码的时候,编译器会自动查找所有继承自AbstractProcessor的类,然后调用它们的process方法,通过RoundEnvironment#getElementsAnnotatedWith方法可以获取所有标注某注解的元素,进而执行相关的行为动作。
面试官 :有如下的一个自定义注解,在使用这个注解的时候,它的value值是存在哪的?
@Target(ElementType.TYPE) @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) public @interface Test { String value() default ""; }
小白 : 使用javap -verbose命令查看这个注解的class文件,发现这个注解被编译成了接口,并且继承了java.lang.annotation.Annotation接口,接口是不能直接实例化使用的,当在代码中使用这个注解,并使用getAnnotation方法获取注解信息时,JVM通过动态代理的方式生成一个实现了Test接口的代理对象实例,然后对该实例的属性赋值,value值就存在这个代理对象实例中。
Classfile /Test/bin/Test.class Last modified 2020-3-23; size 423 bytes MD5 checksum be9fb08ef7e5f2c4a1bca7d6f856cfa5 Compiled from "Test.java" public interface Test extends java.lang.annotation.Annotation minor version: 0 major version: 52 flags: ACC_PUBLIC, ACC_INTERFACE, ACC_ABSTRACT, ACC_ANNOTATION Constant pool: #1 = Class #2 // Test #2 = Utf8 Test #3 = Class #4 // java/lang/Object #4 = Utf8 java/lang/Object #5 = Class #6 // java/lang/annotation/Annotation #6 = Utf8 java/lang/annotation/Annotation #7 = Utf8 value #8 = Utf8 ()Ljava/lang/String; #9 = Utf8 AnnotationDefault #10 = Utf8 T #11 = Utf8 SourceFile #12 = Utf8 Test.java #13 = Utf8 RuntimeVisibleAnnotations #14 = Utf8 Ljava/lang/annotation/Target; #15 = Utf8 Ljava/lang/annotation/ElementType; #16 = Utf8 TYPE #17 = Utf8 Ljava/lang/annotation/Retention; #18 = Utf8 Ljava/lang/annotation/RetentionPolicy; #19 = Utf8 RUNTIME { public abstract java.lang.String value(); descriptor: ()Ljava/lang/String; flags: ACC_PUBLIC, ACC_ABSTRACT AnnotationDefault: default_value: s#10} SourceFile: "Test.java" RuntimeVisibleAnnotations: 0: #14(#7=[e#15.#16]) 1: #17(#7=e#18.#19)
面试官 : 有没有看过这部分的实现源代码?
小白 : 看过,如果顺着getAnnotation方法继续跟踪源代码,会发现创建代理对象是在AnnotationParser.java中实现的,这个类中有一个annotationForMap方法,它的具体代码如下:
public static Annotation annotationForMap( Class type, Map<String, Object>memberValues) { return (Annotation) Proxy.newProxyInstance( type.getClassLoader(), newClass[] { type }, new AnnotationInvocationHandler(type, memberValues)); }
这里使用Proxy.newProxyInstance方法在运行时动态创建代理,AnnotationInvocationHandler实现了InvocationHandler接口,当调用代理对象的value()方法获取注解的value值,就会进入AnnotationInvocationHandler类中的invoke方法,深入invoke方法会发现,获取value值最终是从AnnotationInvocationHandler类的memberValues属性中获取的,memberValues是一个Map类型,key是注解的属性名,这里就是“value”,value是使用注解时设置的值。
public Object invoke(Object var1, Method var2, Object[] var3) {
String var4 = var2.getName();
Class[] var5 = var2.getParameterTypes();
if (var4.equals("equals") && var5.length == 1 && var5[0] == Object.class) {
return this.equalsImpl(var3[0]);
} else if (var5.length != 0) {
throw new AssertionError("Too many parameters for an annotation method");
} else {
byte var7 = -1;
switch(var4.hashCode()) {
case -1776922004:
if (var4.equals("toString")) {
var7 = 0;
}
break;
case 147696667:
if (var4.equals("hashCode")) {
var7 = 1;
}
break;
case 1444986633:
if (var4.equals("annotationType")) {
var7 = 2;
}
}
switch(var7) {
case 0:
return this.toStringImpl();
case 1:
return this.hashCodeImpl();
case 2:
return this.type;
default:
Object var6 = this.memberValues.get(var4);
if (var6 == null) {
throw new IncompleteAnnotationException(this.type, var4);
} else if (var6 instanceof ExceptionProxy) {
throw ((ExceptionProxy)var6).generateException();
} else {
if (var6.getClass().isArray() && Array.getLength(var6) != 0) {
var6 = this.cloneArray(var6);
}
return var6;
}
}
}
}
面试官 : JDK动态代理创建中的InvocationHandler充当什么样的角色?
小白 : InvocationHandler是一个接口,代理类的调用处理器,每个代理对象都具有一个关联的调用处理器,用于指定动态生成的代理类需要完成的具体操作。该接口中有一个invoke方法,代理对象调用任何目标接口的方法时都会调用这个invoke方法,在这个方法中进行目标类的目标方法的调用。
面试官 : 对于JDK动态代理,生成的代理类是什么样的?为什么调用代理类的任何方法时都一定会调用invoke方法?
小白 : 假设有一个LoginService接口,这个接口中只有一个login方法,LoginServiceImpl实现了LoginService接口,同时使用Proxy.newProxyInstance创建代理,具体代码如下:
public interface LoginService {
voidlogin();
}
public class LoginServiceImpl implements LoginService {
@Override
public void login() {
System.out.println("login");
}
}
public class ProxyInvocationHandler implements InvocationHandler {
private LoginService loginService;
public ProxyInvocationHandler (LoginService loginService) {
this.loginService = loginService;
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
beforeLogin();
Object invokeResult = method.invoke(loginService, args);
afterLogin();
return invokeResult;
}
private void beforeLogin() {
System.out.println("before login");
}
private void afterLogin() {
System.out.println("after login");
}
}
public classClient{
@Test
public voidt est() {
LoginService loginService = new LoginServiceImpl();
ProxyInvocationHandler proxyInvocationHandler = new ProxyInvocationHandler(loginService);
LoginService loginServiceProxy = (LoginService) Proxy.newProxyInstance(loginService.getClass().getClassLoader(), loginService.getClass().getInterfaces(), proxyInvocationHandler);
loginServiceProxy.login();
createProxyClassFile();
}
public static void createProxyClassFile() {
String name = "LoginServiceProxy";
byte[] data = ProxyGenerator.generateProxyClass(name, new Class[]{LoginService.class});
try {
FileOutputStream out = new FileOutputStream("/Users/" + name + ".class");
out.write(data);
out.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
这个要从Proxy.newProxyInstance方法的源码开始分析,这个方法用于创建代理类对象,具体代码段如下:
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs); /* * Invoke its constructor with the designated invocation handler. */ try { final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams); final InvocationHandler ih = h; if (sm != null && ProxyAccessHelper.needsNewInstanceCheck(cl)) { // create proxy instance with doPrivilege as the proxy class may // implement non-public interfaces that requires a special permission return AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Object>() { public Object run() { return newInstance(cons, ih); } }); } else { return newInstance(cons, ih); } } catch (NoSuchMethodException e) { throw new InternalError(e.toString()); }
上面的代码段中,先关注一下如下代码:
final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
用于获取代理类的构造函数,constructorParams参数其实就是一个InvocationHandler,所以从这里猜测代理类中有一个InvocationHandler类型的属性,并且作为构造函数的参数。那这个代理类是在哪里创建的?注意看上面的代码段中有:
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
这里就是动态创建代理类的地方,继续深入到getProxyClass0方法中,方法如下:
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
Class<?>... interfaces) {
if (interfaces.length > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
}
// If the proxy class defined by the given loader implementing
// the given interfaces exists, this will simply return the cached copy;
// otherwise, it will create the proxy class via the ProxyClassFactory
return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}
继续跟踪代码,进入proxyClassCache.get(loader, interfaces),这个方法中重点关注如下代码:
Object subKey = Objects.requireNonNull(subKeyFactory.apply(key, parameter));
继续跟踪代码,进入subKeyFactory.apply(key, parameter),进入apply方法,这个方法中有很多重要的信息,如生成的代理类所在的包名,发现重要代码:
long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement(); String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
上面代码用于生成代理类名称,nextUniqueNumber是AtomicLong类型,是一个全局变量,所以nextUniqueNumber.getAndIncrement()会使用当前的值加一得到新值;proxyClassNamePrefix声明如下:
private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";
所以,这里生成的代理类类名格式为:包名+$Proxy+num,如jdkproxy.$Proxy12。
代理类的类名已经构造完成了,那可以开始创建代理类了,继续看代码,
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces);
这里就是真正创建代理类的地方,继续分析代码,进入generateProxyClass方法,
public static byte[] generateProxyClass(final String var0, Class[] var1) { ProxyGenerator var2 = new ProxyGenerator(var0, var1); final byte[] var3 = var2.generateClassFile(); if(saveGeneratedFiles) { AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() { public Void run() { try { FileOutputStream var1 = new FileOutputStream(ProxyGenerator.dotToSlash(var0) + ".class"); var1.write(var3); var1.close(); return null; } catch (IOException var2) { throw new InternalError("I/O exception saving generated file: " + var2); } } }); } return var3; }
从这里可以很直白的看到,生成的代理类字节码文件被输出到某个目录下了,这里可能很难找到这个字节码文件,没关系,仔细查看这个方法,generateProxyClass方法可以重用,可以在外面调用generateProxyClass方法,把生成的字节码文件输出到指定位置。写到这里,终于可以解释上面实例代码中的createProxyClassFile方法了,这个方法把代理类的字节码文件输出到了/Users路径下,直接到路径下查看LoginServiceProxy文件,使用反编译工具查看,得到的代码如下,
public final class LoginServiceProxy extends Proxy implements LoginService { private static Method m1; private static Method m3; private static Method m0; private static Method m2; public LoginServiceProxy(InvocationHandler paramInvocationHandler) throws { super(paramInvocationHandler); } public final boolean equals(Object paramObject) throws { try { return ((Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[] { paramObject })).booleanValue(); } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } public final void login() throws { try { this.h.invoke(this, m3, null); return; } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } public final int hashCode() throws { try { return ((Integer)this.h.invoke(this, m0, null)).intValue(); } catch (Error|RuntimeException localError) { throw localError; } catch (Throwable localThrowable) { throw new UndeclaredThrowableException(localThrowable); } } public final String toString() throws { try { return (String)this.h.invoke(this, m2, null); } 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("jdkproxy.LoginService").getMethod("login", new Class[0]); m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]); 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()); } } }
从上面的代码可以看到,当代理类调用目标方法时,会调用InvocationHandler接口实现类的invoke方法,很明了的解释了为什么调用目标方法时一定会调用invoke方法。
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