从一道面试题开始说起 枚举、动态代理的原理

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本文出自:涨鸿洋的博客

前段时间在dota群,一哥们出去面试,回顾面试题的时候,说问到了枚举。

作为一名Android选手,谈到枚举,那肯定是:

Android上不应该使用枚举,占内存,应该使用@XXXDef注解来替代,balabala…

这么一回答,心里美滋滋。

没想到面试官问了句:

  • 枚举的原理是什么?你说它占内存到底占多少内存呢,如何佐证?

听到这就慌了,没了解过呀。

下面说第一个问题(没错还有第二个问题)。

枚举的本质

有篇文章:

http://blog.csdn.net/mhmyqn/article/details/48087247

写得挺好的。

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下面还是要简述一下,我们先写个枚举类:

public enum Animal {
    DOG,CAT
}

看着这代码,完全看不出来原理。不过大家应该都知道java类编译后会产生class文件。

越接近底层,本质就越容易暴露出来了。

我们先javac搞到Animal.class,然后通过javap命令看哈:

javap Animal.class

输出:

public final class Animal extends java.lang.Enum<Animal> {
  public static final Animal DOG;
  public static final Animal CAT;
  public static Animal[] values();
  public static Animal valueOf(java.lang.String);
  static {};
}

其实到这里我们已经大致知道枚举的本质了,实际上我们编写的枚举类Animal是继承自Enum的,每个枚举对象都是static final的类对象。

还想知道更多的细节怎么办,比如我们的对象什么时候初始化的。

我们可以添加-c参数,对代码进行反编译。

你可以使用javap -help 查看所有参数的含义。

javap -c Animal.class

输出:

public final class Animal extends java.lang.Enum<Animal> {
  public static final Animal DOG;

  public static final Animal CAT;

  public static Animal[] values();
    Code:
       0: getstatic     #1                  // Field $VALUES:[LAnimal;
       3: invokevirtual #2                  // Method "[LAnimal;".clone:()Ljava/lang/Object;
       6: checkcast     #3                  // class "[LAnimal;"
       9: areturn

  public static Animal valueOf(java.lang.String);
    Code:
       0: ldc           #4                  // class Animal
       2: aload_0
       3: invokestatic  #5                  // Method java/lang/Enum.valueOf:(Ljava/lang/Class;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Enum;
       6: checkcast     #4                  // class Animal
       9: areturn

  static {};
    Code:
       0: new           #4                  // class Animal
       3: dup
       4: ldc           #7                  // String DOG
       6: iconst_0
       7: invokespecial #8                  // Method "<init>":(Ljava/lang/String;I)V
      10: putstatic     #9                  // Field DOG:LAnimal;
      13: new           #4                  // class Animal
      16: dup
      17: ldc           #10                 // String CAT
      19: iconst_1
      20: invokespecial #8                  // Method "<init>":(Ljava/lang/String;I)V
      23: putstatic     #11                 // Field CAT:LAnimal;
      26: iconst_2
      27: anewarray     #4                  // class Animal
      30: dup
      31: iconst_0
      32: getstatic     #9                  // Field DOG:LAnimal;
      35: aastore
      36: dup
      37: iconst_1
      38: getstatic     #11                 // Field CAT:LAnimal;
      41: aastore
      42: putstatic     #1                  // Field $VALUES:[LAnimal;
      45: return
}

好了,现在可以分析代码了。

但是,这代码看起来也太头疼了,我们先看一点点:

static中部分代码:

0: new           #4                  // class Animal
3: dup
4: ldc           #7                  // String DOG
6: iconst_0
7: invokespecial #8                  // Method "<init>":(Ljava/lang/String;I)V
10: putstatic     #9                  // Field DOG:LAnimal;

大致含义就是new Animal(String,int),然后给我们的静态常量DOG赋值。

好了,不看了,好烦。我们转念想一下,如果这个字节码咱们能看懂,那就是有规则的,只要有规则,肯定有类似翻译类的工具,直接转成java代码的。

确实有,比如jad:

http://www.javadecompilers.com/jad

我们先下载一份,很小:

meiju01.png

命令也很简单,执行:

./jad -sjava Animal.class

就会在当前目录生成java文件了。

输出如下:

public final class Animal extends Enum
{

    public static Animal[] values()
    {
        return (Animal[])$VALUES.clone();
    }

    public static Animal valueOf(String s)
    {
        return (Animal)Enum.valueOf(Animal, s);
    }

    private Animal(String s, int i)
    {
        super(s, i);
    }

    public static final Animal DOG;
    public static final Animal CAT;
    private static final Animal $VALUES[];

    static 
    {
        DOG = new Animal("DOG", 0);
        CAT = new Animal("CAT", 1);
        $VALUES = (new Animal[] {
            DOG, CAT
        });
    }
}

到这,我相信你知道我们编写的枚举类:

public enum Animal {
    DOG,CAT
}

最终生成是这样的类,那么对应的我们所使用的方法也就都明白了。此外,你如何拿这样的类,跟两个静态INT常量比内存,那肯定是多得多的。

其次,我们也能顺便回答,枚举对象为什么是单例了。

并且其Enum类中对readObject和clone方法都进行了实现,看一眼你就明白了。

本文并不是为了去讨论枚举的原理,而是想要给大家说明的是很多“语法糖”类似的东西,都能按照这样的思路去了解它的原理。

下面我们再看一个,听起来稍微高端一点的:

  • 动态代理

动态代理

这个比较出名的就是retrofit了。

问:retrofit的原理是?

答:基于动态代理,然后balabal...

问:那么动态代理的原理是?

答:...

我们依然从一个最简单的例子开始。

我们写一个接口:

public interface IUserService{
    void login(String username, String password);
}

然后,利用动态代理去生成一个代理对象,去调用login方法:

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.util.Arrays;

public class Test{
    public static void main(String[] args){

        IUserService userService = (IUserService) Proxy.newProxyInstance(IUserService.class.getClassLoader(),
                new Class[]{IUserService.class},
                new InvocationHandler() {
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

                        System.out.println("method = " + method.getName() +" , args = " + Arrays.toString(args));

                        return null;
                    }
                });

        System.out.println(userService.getClass());

        userService.login("zhy","123");
    }
}

好了,这应该是最简单的动态代理的例子了。

当我们去调研userService.login方法,你会发现InvocationHandler的invoke方法调用了,并且输出了相关信息。

怎么会这么神奇呢?

我们写了一个接口,就能产生一个该接口的对象,然后我们还能拦截它的方法。

继续看:

javac Test.java,得到class文件。

然后调用:

java Test

输出:

class com.sun.proxy.$Proxy0
method = login , args = [zhy, 123]

可以看到当我们调用login方法的时候,invoke中拦截到了我们的方法,参数等信息。

retrofit的原理其实就是这样,拦截到方法、参数,再根据我们在方法上的注解,去拼接为一个正常的Okhttp请求,然后执行。

想知道原理,根据我们枚举中的经验,肯定想看看这个

com.sun.proxy.$Proxy0 // userService对象输出的全路径

这个类的class文件如何获取呢?

很简单,你在main方法的第一行,添加:

System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");  

然后重新编译、执行,就会在当前目录看到了。

MacBook-Pro:tmp zhanghongyang01$ tree 
.
├── IUserService.class
├── IUserService.java
├── Test$1.class
├── Test.class
├── Test.java
└── com
    └── sun
        └── proxy
            └── $Proxy0.class

3 directories, 6 files

然后,还想通过javap -c来看么~~

这里写图片描述

还是拿出我们刚才下载的jad吧。

执行:

./jad -sjava com/sun/proxy/\$Proxy0.class 

在jad的同目录,你就发现了Proxy0的java文件了:

package com.sun.proxy;

import IUserService;
import java.lang.reflect.*;

public final class $Proxy0 extends Proxy
    implements IUserService
{

    public $Proxy0(InvocationHandler invocationhandler)
    {
        super(invocationhandler);
    }

    public final void login(String s, String s1)
    {
        super.h.invoke(this, m3, new Object[] {
            s, s1
        }); 
    }


    private static Method m3;

    static 
    {
        m3 = Class.forName("IUserService").getMethod("login", new Class[] {
            Class.forName("java.lang.String"), Class.forName("java.lang.String")
        });

    }
}

为了便于理解,删除了一些equals,hashCode等方法。

你可以看到,实际上为我们生成一个实现了IUserSevice的类,我们调用其login方法,实际上就是调用了:

 super.h.invoke(this, m3, new Object[] {
            s, s1
        }); 

m3即为我们的login方法,静态块中初始化的。剩下是我们传入的参数。

那我们看super.h是什么:

package java.lang.reflect;
public class Proxy{
    protected InvocationHandler h;
}

就是我们自己创建的InvocationHandler对象。

看着这个类,再想login方法,为什么会回调到InvocationHandler的invoke方法,你还觉得奇怪么~~

好了,实际上这个哥们面试距离现在挺久了,终于抽空写完了,希望大家有一定的收获~

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