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作者：wind瑞 来自：JavaQ

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
    
     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

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:

l

ong 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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