反射是Java中的一个重要的特性，使用反射可以在运行时动态生成对象、获取对象属性以及调用对象方法。与编译期的静态行为相对，所有的静态型操作都在编译期完成，而反射的所有行为基本都是在运行时进行的，这是一个很重要的特性。它让Java有了动态特性，可以让程序更加灵活强大。

本篇文章针对Java的反射基本原理做一些探究，以期对Java的反射机制有较为清晰的认识。

由于网上的源码级的博客很多，本篇文章主要总结思想，故不会大篇幅的探究源码，但作者的认知是建立在对源码的探究之上的，所以有条件的读者一定要去大体看看源码

反射的背景和应用

使用反射的背景

反射大量运用在框架代码和工具代码中，因为这类工程项目往往对于灵活性的要求较高，在实际的业务代码中我们其实使用反射并不多。因此这也就引出了，大部分时候做业务的我们为什么要学习反射原理的原因：为了更加深刻地理解我们所用的工具和框架，了解了反射原理，我们能够在使用框架时优化出更好的性能，遇到问题能及时定位排错，这些都是很重要的。

反射的具体应用

• 原来使用new的时候，需要明确的指定类名，这个时候属于硬编码实现，而在使用反射的时候，可以只传入类名参数，就可以生成对象，降低了耦合性，使得程序更具灵活性。关于这一点的实例有：简单工厂模式的优化、Spring框架中Bean的创建、动态代理的实现等。
• 原来并未使用反射时，我们没办法在运行时动态获取/修改一个类的所有属性，而通过反射机制，我们能够在运行时确定类的状态和属性，这为灵活操作提供了空间。具体的实例有：运行时根据类的状态进行异常监测，突破封装限制获取修改private、protected属性，这点在IDE的调试器中就有应用。

反射API

这部分不会讲太详细的API使用，只提及一些API中的重要基本概念（因为讲原理时候会用），掌握了原理后再去看这些API会非常简单。

反射API中比较重要的概念有：

• Class类：Java程序在编译完成后，会把所有class文件中所包含的类的基本元信息装载到JVM内存中，以Class类的形式保存，每一个Class类对象代表一个具体类的基本元信息。我们的反射就是在Class类的基础上进行的，Class类对象存储着类的所有相关信息，就像镜子，故称“反射”。
• Field：即类或对象的域，就是属性值
• Method：类或对象的方法
• Constructor：类或对象的构造器，使用它可以构造出相应的类对象

反射基本原理

整体流程

调用反射的总体流程如下：

• 准备阶段：编译期装载所有的类，将每个类的元信息保存至Class类对象中，每一个类对应一个Class对象
• 获取Class对象：调用x.class/x.getClass()/Class.forName() 获取x的Class对象clz（这些方法的底层都是native方法，是在JVM底层编写好的，涉及到了JVM底层，就先不进行探究了）
• 进行实际反射操作：通过clz对象获取Field/Method/Constructor对象进行进一步操作

整体过程中，需要注意的是进行实际反射操作的这个阶段，我们需要关注的点有：

• 我们是如何通过Class获取到Field/Method/Construcor的？
• 获取到的Field是如何具有对象属性值的？
• 获取到的Method是如何调用的？

下面就来详细解释这些问题：

如何通过Class获取Field/Method/Construcor

探究Class类源码的时候，我们发现Class类中包含的ReflectionData，用于保存进行反射操作的基础信息

这显然是我们获取Field/Method/Constructor的直接来源，那么这个数据结构中的值又是从哪里来的呢？我们以Field的获取为例进行探究，我们先看看getDeclaredField这个方法：

内部调用了privateGetDeclaredFields方法，我们进去看：

第一处是从reflectionData直接取，reflectionData是弱引用，这算是一种缓存获取；第二处是直接调用getDeclaredFields0()这个方法获取，这是一个native方法，应当是从JVM内直接获取

至于Method和Constructor的获取则是大同小异，

至此我们基本搞清楚了Class是如何获取Field/Method/Constructor的了

Field是如何具有对象属性值

很显然，因为Field对象是来自JVM的，JVM中自然保存着对象的详细属性值，因此通过反射获取到的Field就能包含着原始对象的属性值

获取到的Method如何调用

通过对源码的查看，调用Method的过程大致如下：

如上图所示，我们大致经历了一个这样的过程：

• Method对象通过MethodAcessor的invoke调用方法 ->
• 通过反射工厂生成MethodAcessor对象 ->
• 生成NativeMethodAcessorImpl，最终由DelegatingMethodAccessorImpl代理 ->
• 调用时先进入的是DelegatingMethodAccessorImpl的invoke方法 ->
• DelegatingMethodAcessorImpl是代理对象，实质上最终调用的是NativeMethodAcessorImpl的invoke方法
• 所有的方法反射都是先走NativeMethodAccessorImpl，默认调了15次之后，才生成一个GeneratedMethodAccessorXXX类，生成好之后就会走这个生成的类的invoke方法了

最后一点调用十五次阈值的原因在于：存在两种MethodAcessor，Native 版本一开始启动快，但是随着运行时间边长，速度变慢。Java 版本一开始加载慢，但是随着运行时间边长，速度变快。正是因为两种存在这些问题，所以第一次加载的时候我们会发现使用的是 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。

这其实是借助代理模式实现了一个性能优化手段，这种利用代理模式灵活适配的思想很值得学习

结语

到了这里，基本介绍完了反射机制的原理，由于动态代理的底层本质就是反射机制，因此下篇文章我会在本篇文章的基础上对Java的动态代理实现原理做一些探究。

参考资料

https://www.cnblogs.com/chanshuyi/p/head_first_of_reflection.htmlhttps://www.jianshu.com/p/3ea4a6b57f87https://mp.weixin.qq.com/s/5H6UHcP6kvR2X5hTj_SBjA