JAVA反射原理(nio java)

全栈程序员站长

发布于 2022-07-26 09:46:20

6710

发布于 2022-07-26 09:46:20

文章被收录于专栏：全栈程序员必看

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

What,s 反射

反射是个啥? 为啥要反射? 反射怎么弄？要弄懂反射，首先需要回答关于反射的这三大问题。这篇博客的主要目的就是深入浅出地来回答这三个问题。

RTTI

“卧槽，这是啥，为啥带我到这里，我要知道啥是反射，这四个让人看不懂的字母是个啥。” 骚年，别着急，一步一步来学习，要搞懂反射，先要认识反射他爸(干爸吧)，RTTI（Runtime Type Information，运行时类型信息）

并不是所有的Class都能在编译时明确，因此在某些情况下需要在运行时再发现和确定类型信息（比如：基于构建编程，），这就是RTTI（Runtime Type Information，运行时类型信息）。

在java中，有两种RTTI的方式，一种是传统的，即假设在编译时已经知道了所有的类型；还有一种，是利用反射机制，在运行时再尝试确定类型信息。

本文主要讲反射方式实现的RTTI，建议在阅读本文之前，先了解类的加载机制（参考我的博客：JAVA类加载详解）。

传统的RTTI

严格的说，反射也是一种形式的RTTI，不过，一般的文档资料中把RTTI和反射分开，因为一般的，大家认为RTTI指的是传统的RTTI，通过继承和多态来实现，在运行时通过调用超类的方法来实现具体的功能（超类会自动实例化为子类，或使用instance of）。

传统的RTTI有3种实现方式：

向上转型或向下转型（upcasting and downcasting），在java中，向下转型（父类转成子类）需要强制类型转换
Class对象（用了Class对象，不代表就是反射，如果只是用Class对象cast成指定的类，那就还是传统的RTTI）
instanceof或isInstance()

传统的RTTI与反射最主要的区别，在于RTTI在编译期需要.class文件，而反射不需要。传统的RTTI使用转型或Instance形式实现，但都需要指定要转型的类型。

public void rtti(Object obj){
    Toy toy = Toy(obj);
    // Toy toy = Class.forName("myblog.rtti.Toy")
    // obj instanceof Toy
}

obj虽然是被转型了，但在编译期，就需要知道要转成的类型Toy，也就是需要Toy的.class文件。

相对的，反射完全在运行时在通过Class类来确定类型，不需要提前加载Toy的.class文件。

反射

那到底什么是反射（Reflection）呢？反射有时候也被称为内省（Introspection），事实上，反射，就是一种内省的方式，**Java不允许在运行时改变程序结构或类型变量的结构，但它允许在运行时去探知、加载、调用在编译期完全未知的class，可以在运行时加载该class，生成实例对象（instance object），调用method，或对field赋值。

关于Java的反射API，没必要去记忆，可以在任何JDK API中查询即可：

Class类：http://www.ostools.net/uploads/apidocs/jdk-zh/java/lang/Class.html

reflect包：http://www.ostools.net/uploads/apidocs/jdk-zh/java/lang/reflect/package-summary.html

反射的缺点

这世界上没有什么东西是完美的，口中完美的东西反而死的越快。就像…，能举出来的例子就像省略号一样多。

复杂(本来JAVA敲得好好的，你突然出来个反射)
效率低(18弯的山路肯定要比直直的大马路效率要低)

反射有什么用

灵活，没错，反射的优点就只有这一个，但却是最致命的那一个。它让JAVA变成了一个风骚的绅士，颇具魅力。让其在各大语言的战斗中，深得程序员的深爱。 如果JAVA没有反射，就像哈士奇没有了傻二，就像猫咪没有了可爱，就像我没有了帅气。真的太严重了。

没有了反射首先: 1.所有简单好用的框架和骚代码都消失了

没错，就这一点就足够致命了，所以真的难以想象失去了反射的JAVA还能走多远，就像真的难以想象失去帅气的我还有什么用。（写到这里我有点被自己感动的想哭）

反射的底层原理

反射的底层，这里主要讲解Method的获取与执行

Method获取

调用Class类的getDeclaredMethod可以获取指定方法名和参数的方法对象Method。

getDeclaredMethod

这里，我们看到privateGetDeclaredMethods和searchMethods两个看起来陌生又重要的方法，privateGetDeclaredMethods方法从缓存或JVM中获取该Class中申明的方法列表，searchMethods方法将从返回的方法列表里找到一个匹配名称和参数的方法对象。

searchMethods

如果找到一个匹配的Method，则重新copy一份返回，即Method.copy()方法。所次每次调用getDeclaredMethod方法返回的Method对象其实都是一个新的对象，且新对象的root属性都指向原来的Method对象，如果需要频繁调用，最好把Method对象缓存起来。

privateGetDeclaredMethods 从缓存或JVM中获取该Class中申明的方法列表，实现如下：

其中reflectionData()方法实现如下：

这里有个比较重要的数据结构ReflectionData，用来缓存从JVM中读取类的如下属性数据：

从reflectionData()方法实现可以看出：reflectionData对象是SoftReference类型的，说明在内存紧张时可能会被回收，不过也可以通过-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB参数控制回收的时机，只要发生GC就会将其回收，如果reflectionData被回收之后，又执行了反射方法，那只能通过newReflectionData方法重新创建一个这样的对象了，newReflectionData方法实现如下：

通过unsafe.compareAndSwapObject方法重新设置reflectionData字段；

在privateGetDeclaredMethods方法中，如果通过reflectionData()获得的ReflectionData对象不为空，则尝试从ReflectionData对象中获取declaredMethods属性，如果是第一次，或则被GC回收之后，重新初始化后的类属性为空，则需要重新到JVM中获取一次，并赋值给ReflectionData，下次调用就可以使用缓存数据了。

Method调用

获取到指定的方法对象Method之后，就可以调用它的invoke方法了，invoke实现如下：

应该注意到：这里的MethodAccessor对象是invoke方法实现的关键，一开始methodAccessor为空，需要调用acquireMethodAccessor生成一个新的MethodAccessor对象，MethodAccessor本身就是一个接口，实现如下：

在acquireMethodAccessor方法中，会通过ReflectionFactory类的newMethodAccessor创建一个实现了MethodAccessor接口的对象，实现如下：

在ReflectionFactory类中，有2个重要的字段：noInflation(默认false)和inflationThreshold(默认15)，在checkInitted方法中可以通过-Dsun.reflect.inflationThreshold=xxx和-Dsun.reflect.noInflation=true对这两个字段重新设置，而且只会设置一次；

如果noInflation为false，方法newMethodAccessor都会返回DelegatingMethodAccessorImpl对象，DelegatingMethodAccessorImpl的类实现

其实，DelegatingMethodAccessorImpl对象就是一个代理对象，负责调用被代理对象delegate的invoke方法，其中delegate参数目前是NativeMethodAccessorImpl对象，所以最终Method的invoke方法调用的是NativeMethodAccessorImpl对象invoke方法，实现如下：

这里用到了ReflectionFactory类中的inflationThreshold，当delegate调用了15次invoke方法之后，如果继续调用就通过MethodAccessorGenerator类的generateMethod方法生成MethodAccessorImpl对象，并设置为delegate对象，这样下次执行Method.invoke时，就调用新建的MethodAccessor对象的invoke()方法了。

这里需要注意的是： generateMethod方法在生成MethodAccessorImpl对象时，会在内存中生成对应的字节码，并调用ClassDefiner.defineClass创建对应的class对象，实现如下：