JDK动态代理

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当疯狂慢慢从爱情离开

前言

什么是代理 (模式)？

代理模式 (Proxy Pattern) 也称委托模式 (Deletage Pattern)，属于结构型设计模式，也是一项基本的设计技巧。通常，代理模式用于处理两种问题：

  • 控制对基础对象的访问
  • 在访问基础对象时增加额外功能

代理的基本分类： 静态代理 + 动态代理，分类的标准是 “代理关系是否在编译期确定；

动态代理的实现方式： JDK、CGLIB、Javassist、ASM

静态代理

定义

静态代理是指代理关系在编译期确定的代理模式。使用静态代理时，通常的做法是为每个业务类抽象一个接口，对应地创建一个代理类。

20180727232308293

Cilent调用Source的method()方法，实际上是Proxy来调用method()方法，静态代理中Source跟Proxy都要实现接口Sourceable。

看一个例子

父接口 Animal.java 

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package Proxy;

public interface Animal {
    public void action();
    public void breath();
}

Cat类

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package Proxy;


public class Cat implements Animal{

    @Override
    public void action() {
        System.out.println("喵喵喵~~~~");
    }

    @Override
    public void breath() {
        System.out.println("猫式呼吸法~~~~");
    }
}

CatProxy类

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package Proxy;

//代理类
public class CatProxy implements Animal{

    //真正要代理的类
    Cat cat;

    public CatProxy(Cat cat){
        this.cat = cat;
    }

    @Override
    public void action() {
        System.out.println("==========DogProxy 代理类执行开始！=============");
        //实质上在代理类中是调用了被代理实现接口的方法
        cat.action();
        System.out.println("==========DogProxy 代理类执行结束！===========");
    }

    @Override
    public void breath() {
        System.out.println("==========DogProxy 代理类执行开始！=============");
        cat.breath();
        System.out.println("==========DogProxy 代理类执行结束！===========");
    }

}

如果我想再创建一个Dog对象，又需要重新为Dog创建一个代理对象，如下:

Dog.java

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package Proxy;

//被代理类 Dog
public class Dog implements Animal {

    @Override
    public void action() {
        System.out.println("汪汪汪~~~~~");
    }

    @Override
    public void breath() {
        System.out.println("狗式呼吸法~~~~");
    }

}

DogProxy类

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package Proxy;

//Dog的代理类
public class DogProxy implements Animal {

    Dog dog;

    public DogProxy(Dog dog) {
        this.dog = dog;
    }

    @Override
    public void action() {
        System.out.println("==========DogProxy 代理类执行开始！=============");
        dog.action();
        System.out.println("==========DogProxy 代理类执行结束！===========");
    }

    @Override
    public void breath() {
        System.out.println("==========DogProxy 代理类执行开始！=============");
        dog.breath();
        System.out.println("==========DogProxy 代理类执行结束！===========");
    }

}

TestStaticProxy.java

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package Proxy;

public class TestStaticProxy {

    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        CatProxy catProxy = new CatProxy(cat);
        catProxy.action();
        catProxy.breath();

        Dog dog = new Dog();
        DogProxy dogProxy = new DogProxy(dog);
        dogProxy.action();
        dogProxy.breath();
    }
}

运行如下：

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每次我要新加入一个实现Animal接口的对象的话，都要重新创建一个代理对象，这样会非常的麻烦，这其实是静态代理的缺点。

动态代理

动态代理有什么作用及应用场景?

  • 日志集中打印
  • 事务
  • 权限管理
  • AOP

定义

动态代理是指代理关系在运行时确定的代理模式。需要注意，JDK 动态代理并不等价于动态代理，前者只是动态代理的实现之一，其它实现方案还有：CGLIB 动态代理、Javassist 动态代理和 ASM 动态代理等。因为代理类在编译前不存在，代理关系到运行时才能确定，因此称为动态代理。

JDK动态代理基于拦截器和反射来实现。

JDK代理是不需要第三方库支持的，只需要JDK环境就可以进行代理，使用条件：

1）必须实现InvocationHandler接口；

2）使用Proxy.newProxyInstance产生代理对象；

3）被代理的对象必须要实现接口；

JDK的动态代理需要了解两个类

核心 : InvocationHandler 调用处理程序类和 Proxy 代理类

InvocationHandler：调用处理程序

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public interface InvocationHandler

InvocationHandler是由代理实例的调用处理程序实现的接口

每个代理实例都有一个关联的调用处理程序。

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Object invoke(Object proxy, 方法 method, Object[] args)；

当在代理实例上调用方法的时候，方法调用将被编码并分派到其调用处理程序的invoke()方法。

参数：

  • proxy– 调用该方法的代理实例
  • method-所述方法对应于调用代理实例上的接口方法的实例。方法对象的声明类将是该方法声明的接口，它可以是代理类继承该方法的代理接口的超级接口。
  • args-包含的方法调用传递代理实例的参数值的对象的阵列，或null如果接口方法没有参数。原始类型的参数包含在适当的原始包装器类的实例中，例如java.lang.Integer或java.lang.Boolean。

Proxy : 代理

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public class Proxy extends Object implements Serializable

Proxy提供了创建动态代理类和实例的静态方法，它也是由这些方法创建的所有动态代理类的超类。

动态代理类 （以下简称为代理类 ）是一个实现在类创建时在运行时指定的接口列表的类，具有如下所述的行为。 代理接口是由代理类实现的接口。 代理实例是代理类的一个实例。

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public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, 类<?>[] interfaces, InvocationHandler h) throws IllegalArgumentException

返回指定接口的代理类的实例，该接口将方法调用分派给指定的调用处理程序。

参数

  • loader– 类加载器来定义代理类
  • interfaces– 代理类实现的接口列表
  • h– 调度方法调用的调用处理函数

也看一个例子

还是上一个例子，作者的下一篇文章要vip了，其他动态代理又看不懂，让GPT写一个尝试理解吧。

使用JDK动态代理的五大步骤：

1）通过实现InvocationHandler接口来自定义自己的InvocationHandler；

2）通过Proxy.getProxyClass获得动态代理类；

3）通过反射机制获得代理类的构造方法，方法签名为getConstructor(InvocationHandler.class)；

4）通过构造函数获得代理对象并将自定义的InvocationHandler实例对象传为参数传入；

5）通过代理对象调用目标方法；

要使用静态代理中的Animal.java，Cat.java，Dog.java

新建两个类

AnimalProxy类

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package Proxy;


import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;

public class AnimalProxy implements InvocationHandler {
    private Object target;

    public AnimalProxy(Object target) {
        this.target = target;
    }//接受一个目标对象作为参数，用于初始化target成员变量。

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("==========AnimalProxy 代理类执行开始！=============");
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("==========AnimalProxy 代理类执行结束！===========");
        return result;
    }
}

public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable：实现 InvocationHandler 接口的方法，负责处理动态代理的调用逻辑。在这个方法中，我们可以在目标方法执行前后插入自定义逻辑。具体逻辑如下：

  • 输出代理类执行开始的日志。
  • 调用目标对象的相应方法，即 method.invoke(target, args)。
  • 输出代理类执行结束的日志。
  • 返回方法的执行结果。

这个代理类的主要作用是在代理的目标对象执行前后输出日志，类似于横切关注点（cross-cutting concerns），这是 AOP（面向切面编程）的一种常见应用。代理类通过实现 InvocationHandler 接口，使得我们可以在运行时动态地为目标对象创建代理，而不需要为每个类都手动创建一个专门的代理类。

在 TestDynamicProxy.java 中，我们通过使用 Proxy.newProxyInstance 方法来动态创建代理对象，并传入 AnimalProxy 作为 InvocationHandler。这样，无论是 Cat 还是 Dog 都可以使用同一个代理类进行代理，而不需要为每个类都创建一个专门的代理类。

TestDynamicProxy类

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package Proxy;

import java.lang.reflect.Proxy;
public class TestDynamicProxy {

    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        Animal catProxy = (Animal) Proxy.newProxyInstance(
                Animal.class.getClassLoader(),//用于加载代理类的类加载器
                new Class[]{Animal.class},//代理的接口数组，这里是 Animal 接口
                new AnimalProxy(cat)//实现了 InvocationHandler 接口的代理类，其中的目标对象是 cat
        );
        catProxy.action();
        catProxy.breath();

        Dog dog = new Dog();
        Animal dogProxy = (Animal) Proxy.newProxyInstance(
                Animal.class.getClassLoader(),
                new Class[]{Animal.class},
                new AnimalProxy(dog)
        );
        dogProxy.action();
        dogProxy.breath();
    }
}

运行结果：

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JDK 动态代理源码分析

我看的是JDK1.8

API概述

Proxy 类主要包括以下 API：

Proxy 描述
getProxyClass(ClassLoader, Class…) : Class 获取实现目标接口的代理类 Class 对象
newProxyInstance(ClassLoader,Class<?>[],InvocationHandler) : Object 获取实现目标接口的代理对象
isProxyClass(Class<?>) : boolean 判断一个 Class 对象是否属于代理类
getInvocationHandler(Object) : InvocationHandler 获取代理对象内部的 InvocationHandler

核心源码

Proxy.java

获取代理类 Class 对象

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public static Class<?> getProxyClass(ClassLoader loader,
                                     Class<?>... interfaces)
    throws IllegalArgumentException
{
    final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
    final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
    if (sm != null) {
        checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
    }

    return getProxyClass0(loader, intfs);//获得代理类Class对象
}

实例化代理类对象

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public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
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                                          InvocationHandler h)
        throws IllegalArgumentException
    {
        Objects.requireNonNull(h);

        final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
        final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
        }

        /*
         * Look up or generate the designated proxy class.
         */
        Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);//获得代理类Class对象

        /*
         * Invoke its constructor with the designated invocation handler.
         *获得代理类构造器 (接收一个 InvocationHandler 参数)
         */
        try {
            if (sm != null) {
                checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
            }

            final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
            final InvocationHandler ih = h;
            if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
                AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
                    public Void run() {
                        cons.setAccessible(true);
                        return null;
                    }
                });
            }
            return cons.newInstance(new Object[]{h});//反射创建实例
        } catch (IllegalAccessException|InstantiationException e) {
            throw new InternalError(e.toString(), e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            Throwable t = e.getCause();
            if (t instanceof RuntimeException) {
                throw (RuntimeException) t;
            } else {
                throw new InternalError(t.toString(), t);
            }
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new InternalError(e.toString(), e);
        }
    }

实例化代理对象也需要先通过 getProxyClass0(…) 获取代理类 Class 对象，而 newProxyInstance(…) 随后会获取参数为 InvocationHandler 的构造函数实例化一个代理类对象。

先看下代理类 Class 对象是如何获取的：

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/**
 * Generate a proxy class.  Must call the checkProxyAccess method
 * to perform permission checks before calling this.
 * 获得代理类Class对象
 */
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader,
                                       Class<?>... interfaces) {
    if (interfaces.length > 65535) {
        throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
    }
    //如果指定加载器定义的代理类实现
    //给定的接口存在，这将简单地返回缓存副本
    //否则，它将通过ProxyClassFactory创建代理类
    return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}

看看proxyClassCache实例

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private static final WeakCache<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>
        proxyClassCache = new WeakCache<>(new KeyFactory(), new ProxyClassFactory());

看到WeakCache.java的120行，这个apply的实现类的ProxyClassFactory（代理类的工厂）再次回到Proxy类

image-20240218152447847

注意这个时候在这里加一个断点调试可以看到proxy的值为$Proxy@537为什么呢？image-20240218155304181

接着看

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    public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {

        Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
        for (Class<?> intf : interfaces) {
            /*
             * Verify that the class loader resolves the name of this
             * interface to the same Class object.
             */
            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");
            }
            /*
             * Verify that the Class object actually represents an
             * interface.
             */
            if (!interfaceClass.isInterface()) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    interfaceClass.getName() + " is not an interface");
            }
            /*
             * Verify that this interface is not a duplicate.
             */
            if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
                throw new IllegalArgumentException(
                    "repeated interface: " + interfaceClass.getName());
            }
        }

        String proxyPkg = null;     // package to define proxy class in
        int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;

        /*
         * Record the package of a non-public proxy interface so that the
         * proxy class will be defined in the same package.  Verify that
         * all non-public proxy interfaces are in the same package.
         */
        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");
                }
            }
        }

        if (proxyPkg == null) {
            // if no non-public proxy interfaces, use com.sun.proxy package
            proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
        }

        /*
         * Choose a name for the proxy class to generate.
         */
        long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
        String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;//获取名字

        /*
         * Generate the specified proxy class.
         */
        byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
            proxyName, interfaces, accessFlags);
        try {
            return defineClass0(loader, proxyName,
                                proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
        } catch (ClassFormatError e) {
            /*
             * A ClassFormatError here means that (barring bugs in the
             * proxy class generation code) there was some other
             * invalid aspect of the arguments supplied to the proxy
             * class creation (such as virtual machine limitations
             * exceeded).
             */
            throw new IllegalArgumentException(e.toString());
        }
    }
}

视线放到这里，其实就行进行了一个拼接来获取名字。这个名字就是代理对象的名字！

image-20240218155729991

接下来的这行代码用来生成字节码的文件，然后加载到class文件

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到这里代理对象以及生成了。

那我们在TestDynamicProxy.java的main方法中添加一些代码来看到生成的字节码文件

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byte[] classFile = sun.misc.ProxyGenerator.generateProxyClass("$Proxy0", new Class[]{Animal.class});

        // 将字节码文件写入指定路径
        String path = "D:\\语言学习\\java学习\\学习源代码\\learn\\src\\Proxy\\AnimalProxy.class";
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(path)) {
            fos.write(classFile);
            fos.flush();
            System.out.println("Success: Proxy class file generated at " + path);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("Fail");
        }

可以看到提示成功生成了.class文件

image-20240218161548679

接下来看看IDEA反编译的内容

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//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by FernFlower decompiler)
//

import Proxy.Animal;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;

public final class $Proxy0 extends Proxy implements Animal {
    private static Method m1;
    private static Method m3;
    private static Method m2;
    private static Method m0;
    private static Method m4;

    public $Proxy0(InvocationHandler var1) throws  {
        super(var1);
    }

    public final boolean equals(Object var1) throws  {
        try {
            return (Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[]{var1});
        } catch (RuntimeException | Error var3) {
            throw var3;
        } catch (Throwable var4) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var4);
        }
    }

    public final void breath() throws  {
        try {
            super.h.invoke(this, m3, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    public final String toString() throws  {
        try {
            return (String)super.h.invoke(this, m2, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    public final int hashCode() throws  {
        try {
            return (Integer)super.h.invoke(this, m0, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    public final void action() throws  {
        try {
            super.h.invoke(this, m4, (Object[])null);
        } catch (RuntimeException | Error var2) {
            throw var2;
        } catch (Throwable var3) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var3);
        }
    }

    static {
        try {
            m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
            m3 = Class.forName("Proxy.Animal").getMethod("breath");
            m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString");
            m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode");
            m4 = Class.forName("Proxy.Animal").getMethod("action");
        } catch (NoSuchMethodException var2) {
            throw new NoSuchMethodError(var2.getMessage());
        } catch (ClassNotFoundException var3) {
            throw new NoClassDefFoundError(var3.getMessage());
        }
    }
}

注意看这个breath方法，可以看出来调用TestDynamicProxy类的xxxProxy.breath()方法实则在调用invoke方法。

image-20240218161925464

invoke执行的这个h是继承于Proxy类里面的

image-20240218163119537

InvocationHandler接口只有一个invoke方法

image-20240218163213269

调用代理方法是就是AnimalProxy类的invoke方法。这样就是根据源码以及运行结果都可以看出来。

在动态代理中InvocationHandler是核心，每个代理实例都具有一个关联的调用处理程序(InvocationHandler)。

对代理实例调用方法时，将对方法调用进行编码并将其指派到它的调用处理程序(InvocationHandler)的invoke()方法。

所以对代理方法的调用都是通InvocationHadler的invoke来实现中，而invoke方法根据传入的代理对象，

方法和参数来决定调用代理的哪个方法。

AOP与动态代理

Spring框架中有用到，相信后面在学习Spring框架安全的时候还会再遇到，此处作为扩展了解即可。

AOP（Aspect Orient Programming，面向切面编程） 假如有三个代码段中都有相同的代码，如下图所示：

image-20240218183648901

这时为了简化代码，我们会将相同的代码封装到一个方法中，比如这样：

image-20240218183737920

有这样一种情况，某几段代码段，前后的代码是固定一样的，中间的一段代码会调用不同方法，比如这样：

image-20240218183811737

这时简化代码就需要用到动态代理。在动态代理中增加通用方法，中间变化的代码就进行动态调用。

JDK动态代理和CGLIB动态代理区别

在于JDK自带的动态代理，必须要有接口，而CGLIB动态代理有没有接口都可以。

  • JDK动态代理：JDK原生的实现方式，需要被代理的目标类必须实现接口。因为这个技术要求代理对象和目标对象实现同样的接口（兄弟两个拜把子模式）。
  • cglib动态代理：通过继承被代理的目标类（认干爹模式）实现代理，所以不需要目标类实现接口。(CGLIB 通过动态生成一个需要被代理类的子类（即被代理类作为父类），该子类重写被代理类的所有不是 final 修饰的方法，并在子类中采用方法拦截的技术拦截父类所有的方法调用，进而织入横切逻辑。)

没有实现接口或者不需要实现接口的类，我们可以通过cglib动态代理对它进行代理。

基于cglib实现的动态代理需要引入第三方cglib库，之后我们可以实现基于子类的动态代理。

使用cglib实现的动态代理也有一个约束条件，就是被代理类不能被final修饰，

使用cglib实现的动态代理核心是Enhancer类，仔细观察我们会发现cglib动态代理的实现过程和JDK实现动态代理的过程极其类似。

在反序列化中动态代理的作用

虽然Java安全还没怎么开始，但是还是先了解一下吧，毕竟学这些开发都是为了安全。

据说在LazyMap CC1链和JDK7U21这两条链子会涉及到动态代理。

说要利用反序列化的漏洞，我们是需要一个入口类的。

我们先假设存在一个能够漏洞利用的类为B.f，比如Runtime.exec这种。
我们将入口类定义为A，我们最理想的情况是 A[O] -> O.f，那么我们将传进去的参数O替换为B即可。但是在实战的情况下这种情况是极少的。

回到实战情况，比如我们的入口类A存在O.abc这个方法，也就是 A[O] -> O.abc；而 O 呢，如果是一个动态代理类，O的invoke方法里存在.f的方法，便可以漏洞利用了，我们还是展示一下。

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A[O] -> O.abc
O[O2] invoke -> O2.f // 此时将 B 去替换 O2
最后  ---->
O[B] invoke -> B.f // 达到漏洞利用效果

动态代理在反序列化当中的利用和readObject是异曲同工的。

readObject方法在反序列化当中会被自动执行。
而invoke方法在动态代理当中会自动执行。

参考:

JAVA实现静态代理_java 静态代理-CSDN博客

【Spring基础】JDK动态代理实现原理(jdk8)_jdk8 动态方法调用-CSDN博客

彻底搞懂jdk动态代理并自己动手写一个动态代理-腾讯云开发者社区-腾讯云 (tencent.com)

Java | JDK 动态代理的原理其实很简单 - 掘金 (juejin.cn)

Java反序列化基础篇-JDK动态代理 - FreeBuf网络安全行业门户

知识星球 | 深度连接铁杆粉丝，运营高品质社群，知识变现的工具 (zsxq.com)