Java反射原理学习

Java 反射原理--获取要反射的方法

public class RefTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class clazz = Class.forName("com.zy.java.RefTest");
            Object refTest = clazz.newInstance();
            Method method = clazz.getDeclaredMethod("refMethod");
            method.invoke(refTest);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void refMethod() {
    }
}

我们在调用反射时，一般会有是三个步骤:

创建 Class 对象，
然后获取其 Method 对象，
调用 invoke 方法。

一、方法的查找

getMethod 和 getDeclaredMethod

class Class {
    @CallerSensitive
    public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)
        throws NoSuchMethodException, SecurityException {
        Objects.requireNonNull(name);
        SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            // 1. 检查方法权限
            checkMemberAccess(sm, Member.PUBLIC, Reflection.getCallerClass(), true);
        }
        // 2. 获取方法
        Method method = getMethod0(name, parameterTypes);
        if (method == null) {
            throw new NoSuchMethodException(methodToString(name, parameterTypes));
        }
        // 3. 返回方法的拷贝
        return getReflectionFactory().copyMethod(method);
    }

    @CallerSensitive
    public Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)
        throws NoSuchMethodException, SecurityException {
        Objects.requireNonNull(name);
        SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            // 1. 检查方法是权限
            checkMemberAccess(sm, Member.DECLARED, Reflection.getCallerClass(), true);
        }
        // 2. 获取方法
        Method method = searchMethods(privateGetDeclaredMethods(false), name, parameterTypes);
        if (method == null) {
            throw new NoSuchMethodException(methodToString(name, parameterTypes));
        }
        // 3. 返回方法的拷贝
        return getReflectionFactory().copyMethod(method);
    }
}

从上面的代码，我们可以看到，获取方法的流程分三个步骤:

检查方法权限
获取方法 Method 对象
返回方法的拷贝

getMethod 中 checkMemberAccess 传入的是 Member.PUBLIC，PUBLIC 会包括所有的 public 方法，包括父类的方法。

而 getDeclaredMethod 传入的是 Member.DECLARED.DECLARED 会包括所有自己定义的方法，public，protected，private 都在此，但是不包括父类的方法。

interface Member {
    /**
     * Identifies the set of all public members of a class or interface,
     * including inherited members.
     */
    public static final int PUBLIC = 0;

    /**
     * Identifies the set of declared members of a class or interface.
     * Inherited members are not included.
     */
    public static final int DECLARED = 1;
}

可以发现获取Method的过程中 需要经过很多步骤的查找和校验。

Method copy

在获取到对应方法以后，并不会直接返回，而是会通过 getReflectionFactory().copyMethod(method); 返回方法的一个拷贝。最终调用的是 Method#copy

class Method {
    Method copy() {
        // This routine enables sharing of MethodAccessor objects
        // among Method objects which refer to the same underlying
        // method in the VM. (All of this contortion is only necessary
        // because of the "accessibility" bit in AccessibleObject,
        // which implicitly requires that new java.lang.reflect
        // objects be fabricated for each reflective call on Class
        // objects.)
        if (this.root != null)
            throw new IllegalArgumentException("Can not copy a non-root Method");

        Method res = new Method(clazz, name, parameterTypes, returnType,
                                exceptionTypes, modifiers, slot, signature,
                                annotations, parameterAnnotations, annotationDefault);
        res.root = this;
        // Might as well eagerly propagate this if already present
        res.methodAccessor = methodAccessor;
        return res;
    }
}

会 new 一个 Method 实例并返回。
这里有两点要注意：

设置 root = this
会给 Method 设置 MethodAccessor，用于后面方法调用。也就是所有的 Method 的拷贝都会使用同一份 methodAccessor。

二、调用反射方法

获取到方法以后，通过 Method#invoke 调用方法。

class Method {
    public Object invoke(Object obj, Object... args)
        throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,
           InvocationTargetException
    {
        if (!override) {
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
            // 1. 检查权限
            checkAccess(caller, clazz,
                        Modifier.isStatic(modifiers) ? null : obj.getClass(),
                        modifiers);
        }
        // 2. 获取 MethodAccessor
        MethodAccessor ma = methodAccessor;             // read volatile
        if (ma == null) {
            // 创建 MethodAccessor
            ma = acquireMethodAccessor();
        }
        // 3. 调用 MethodAccessor.invoke
        return ma.invoke(obj, args);
    }
}

invoke 方法的实现，分为三步：

检查是否有权限调用方法
这里对 override 变量进行判断，如果 override == true，就跳过检查我们通常在 Method#invoke 之前，会调用 Method#setAccessible(true)，就是设置 override 值为 true。
获取 MethodAccessor
在上面获取 Method 的时候我们讲到过，Method#copy 会给 Method 的 methodAccessor 赋值。所以这里的 methodAccessor 就是拷贝时使用的 MethodAccessor。

一共有三种 MethodAccessor。MethodAccessorImpl，NativeMethodAccessorImpl，DelegatingMethodAccessorImpl。
Java 版本的 MethodAccessorImpl 调用效率比 Native 版本要快 20 倍以上，但是 Java 版本加载时要比 Native 多消耗 3-4 倍资源，所以默认会调用 Native 版本，如果调用次数超过 15 次以后，就会选择运行效率更高的 Java 版本。

三、Java 反射效率低的原因

Method#invoke 方法会对参数做封装和解封操作

我们可以看到，invoke 方法的参数是 Object[] 类型，也就是说，如果方法参数是简单类型的话，需要在此转化成 Object 类型，例如 long ,在 javac compile 的时候 用了Long.valueOf() 转型，也就大量了生成了Long 的 Object,

在反射调用的时候，因为封装和解封，产生了额外的不必要的内存浪费，当调用次数达到一定量的时候，还会导致 GC。

需要检查方法可见性
通过源码分析，我们会发现，反射时每次调用都必须检查方法的可见性（在 Method.invoke 里）
需要校验参数
反射时也必须检查每个实际参数与形式参数的类型匹配性（在NativeMethodAccessorImpl.invoke0 里或者生成的 Java 版 MethodAccessor.invoke 里）；
反射方法难以内联
Method invoke 就像是个独木桥一样，各处的反射调用都要挤过去，在调用点上收集到的类型信息就会很乱，影响内联程序的判断，使得 Method.invoke() 自身难以被内联到调用方。
JIT 无法优化
因为反射涉及到动态加载的类型，所以无法进行优化。

image.png

参考

https://www.jianshu.com/p/bd6fb77a7883

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