反射Reflection详解

1 反射的概述

程序在运行状态中，对于任意一个类，都可以知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用他的任意方法和属性。这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。
java文件都会被编译成一个.class文件，类被加载以后，class文件会被加载到虚拟机中Java虚拟机，在内存中自动产生一个Class对象。Class对象承载了这个类的所有信息，包括父类、接口、构造函数、方法、属性等。

image.png

2 获取class对象的方法

获取class对象主要有以下三种方式，下面以Person为例说明。注意，一个类在 JVM 中只会有一个 Class 实例。

Class.forName("全类名")

Class c = Class.forName("com.reflex.Person");

类名.class

　Class c = Person.class;

对象.getClass()

Person p = new Person();
 Class c = p.getClass();

3 反射的作用

利用反射可以程序运行时动态访问和修改任何类的行为和状态。反射最重要的用途就是开发各种通用框架.

3.1 动态创建对象

通过反射创建类对象主要有两种方式：

通过 Class 对象的 newInstance() 方法

Class<?> c = String.class;
Object str = c.newInstance();

通过 Constructor 对象的 newInstance() 方法

/* 获取String所对应的Class对象 */
Class<?> c = String.class;

/* 获取String类带一个String参数的构造器 */
Constructor constructor =c.getConstructor(String.class);

/* 根据构造器创建实例 */
Object obj=constructor.newInstance("abc");

3.2 动态操作属性

getFileds: 获取公有的成员变量
getDeclaredFields: 获取所有已声明的成员变量,但是不能得到父类的成员变量

3.3 动态调用方法

getMethods(): 返回某个类所有的public方法

public Method[] getMethods() throws SecurityException {}

getMethod(): 返回一个特定的方法

// name :方法名称
// parameterType :方法的参数对应Class的对象
public Method getMethod(String name,Class<?>... parameterType) {}

getDeclaredMethods(): 返回类或接口声明的所有方法

//包括公共,保护,默认(包)访问和私有方法
//不包括继承的方法
public Method[] getDeclaredMethods() throws SecurityException {}

从类中获取一个方法后,可以使用invoke() 来调用这个方法

public Object invoke(Object obj, Object ... args) throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {}

4 Method.invoke()的原理

JDK里Method.invoke()实际上并不是自己实现的反射调用逻辑，而是委托给sun.reflect.MethodAccessor来处理。

  public final class Method extends Executable {
 
    private volatile MethodAccessor methodAccessor;
   public Object invoke(Object obj, Object... args) throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        if (!this.override) {
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
            this.checkAccess(caller, this.clazz, Modifier.isStatic(this.modifiers) ? null : obj.getClass(), this.modifiers);
        }

        MethodAccessor ma = this.methodAccessor;
        if (ma == null) {
           //获取MethodAccessor
            ma = this.acquireMethodAccessor();
        }

        return ma.invoke(obj, args);
    }

4.1 Method#root属性

Method中有一个很重要的成员属性root， root对象只有一个，可以理解为root包装了MethodAccessors。在每次通过 getMethod 获取 method 对象时，都会把 root 复制一份返回给用户。同时，会把复制出的对象与 root 建立关联。该 root 对象就是为了共享 MethodAccessors 对象。

  public final class Method extends Executable {
  // root对象只有一个， root 对象是为了共享 MethodAccessors 对象
    private volatile MethodAccessor methodAccessor;

    private Method root;

   public Object invoke(Object obj, Object... args) throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        if (!this.override) {
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
            this.checkAccess(caller, this.clazz, Modifier.isStatic(this.modifiers) ? null : obj.getClass(), this.modifiers);
        }

        MethodAccessor ma = this.methodAccessor;
        if (ma == null) {
           //获取MethodAccessor
            ma = this.acquireMethodAccessor();
        }

        return ma.invoke(obj, args);
    }

  
    private MethodAccessor acquireMethodAccessor() {
        // First check to see if one has been created yet, and take it
        // if so
        MethodAccessor tmp = null;
        if (root != null) tmp = root.getMethodAccessor();
        if (tmp != null) {
            methodAccessor = tmp;
        } else {
            // Otherwise fabricate one and propagate it up to the root
            tmp = reflectionFactory.newMethodAccessor(this);
         //把新创建methodAccessor对象通过root包装起来
            setMethodAccessor(tmp);
        }    
        return tmp;
    }

  void setMethodAccessor(MethodAccessor accessor) {
        methodAccessor = accessor;
        // Propagate up
        if (root != null) {
            root.setMethodAccessor(accessor);
        }
    }
}

4.2 MethodAccessor

MethodAccessor 是一个接口，定义了方法调用的具体操作

public interface MethodAccessor {
    Object invoke(Object var1, Object[] var2) throws IllegalArgumentException, InvocationTargetException;
}

MethodAccessor实现类

MethodAccessor 有两种实现，一种为使用 bytecodes 实现的 java 版本：

Native 版本
sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl，一开始启动快，但是随着运行时间边长，速度变慢
bytecodes 实现的 java 版本，开始加载慢，但是随着运行时间边长，速度变快
sun.reflect.MethodAccessorImpl

DelegatingMethodAccessorImpl
为了完成切换两个版本的切换，引入了DelegatingMethodAccessorImpl
第一次加载的时候使用的是 NativeMethodAccessorImpl 的实现，而当反射调用次数超过 15 次之后，则使用 MethodAccessorGenerator 生成的MethodAccessorImpl 对象去实现反射。

class DelegatingMethodAccessorImpl extends MethodAccessorImpl {
    private MethodAccessorImpl delegate;

    DelegatingMethodAccessorImpl(MethodAccessorImpl delegate) {
        this.setDelegate(delegate);
    }

    public Object invoke(Object obj, Object[] args) throws IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        return this.delegate.invoke(obj, args);
    }

    void setDelegate(MethodAccessorImpl delegate) {
        this.delegate = delegate;
    }
}

MethodAccessor的创建

从 acquireMethodAccessor() 方法我们可以看到，

代码先判断是否存在对应的 MethodAccessor 对象，如果存在那么就复用之前的 MethodAccessor 对象，否则调用 ReflectionFactory 对象的 newMethodAccessor 方法生成一个 MethodAccessor 对象。

 public MethodAccessor newMethodAccessor(Method method) {
        checkInitted();
        Method root;
        if (Reflection.isCallerSensitive(method)) {
            root = findMethodForReflection(method);
            if (root != null) {
                method = root;
            }
        }

        root = (Method)langReflectAccess.getRoot(method);
        if (root != null) {
            method = root;
        }

        if (noInflation && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(method.getDeclaringClass())) {
            return (new MethodAccessorGenerator()).generateMethod(method.getDeclaringClass(), method.getName(), method.getParameterTypes(), method.getReturnType(), method.getExceptionTypes(), method.getModifiers());
        } else {
            NativeMethodAccessorImpl acc = new NativeMethodAccessorImpl(method);
            DelegatingMethodAccessorImpl res = new DelegatingMethodAccessorImpl(acc);
            acc.setParent(res);
            return res;
        }
    }

DelegatingMethodAccessorImpl使用了代理模式，将 NativeMethodAccessorImpl 对象赋给DelegatingMethodAccessorImpl 的delegate。

而在 NativeMethodAccessorImpl 的 invoke 方法里，其会判断调用次数是否超过阀值（numInvocations）。

class NativeMethodAccessorImpl extends MethodAccessorImpl {
    private final Method method;
    private DelegatingMethodAccessorImpl parent;
    private int numInvocations;

    NativeMethodAccessorImpl(Method method) {
        this.method = method;
    }

    public Object invoke(Object obj, Object[] args) throws IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        if (++this.numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold() && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(this.method.getDeclaringClass())) {
            MethodAccessorImpl acc = (MethodAccessorImpl)(new MethodAccessorGenerator()).generateMethod(this.method.getDeclaringClass(), this.method.getName(), this.method.getParameterTypes(), this.method.getReturnType(), this.method.getExceptionTypes(), this.method.getModifiers());
            this.parent.setDelegate(acc);
        }

        return invoke0(this.method, obj, args);
    }

    void setParent(DelegatingMethodAccessorImpl parent) {
        this.parent = parent;
    }

    private static native Object invoke0(Method var0, Object var1, Object[] var2);
}

如果超过该阀值，那么通过MethodAccessorGenerator生成java 版本的 MethodAccessor对象，并将原来 DelegatingMethodAccessorImpl 对象中的 delegate 属性指向最新的java版本的MethodAccessor对象。