Java反射原理理解

导读

我们来看一下Oracle 官方文档中对反射的描述:

从Oracle 官方文档中可以看出，反射主要应用在以下几方面:

反射让开发人员可以通过外部类的全路径名创建对象，并使用这些类，实现一些扩展的功能。
反射让开发人员可以枚举出类的全部成员，包括构造函数、属性、方法。以帮助开发者写出正确的
测试时可以利用反射API访问类的私有成员，以保证测试代码覆盖率。

也就是说，Oracle希望开发者将反射作为一个工具，用来帮助程序员实现本不可能实现的功能。现在我们来看看其执行流程。

反射获取类实例 Class.forName(“A.b.xxx”);

首先调用了 java.lang.Class 的静态方法，获取类信息.

 @CallerSensitivepublic static Class<?> forName(String className)throws ClassNotFoundException {// 先通过反射，获取调用进来的类信息，从而获取当前的 classLoaderClass<?> caller = Reflection.getCallerClass();// 调用native方法进行获取class信息return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);}

forName()反射获取类信息，并没有将实现留给了java,而是交给了jvm去加载。主要是先获取 ClassLoader, 然后调用 native 方法，获取信息，加载类则是回调 java.lang.ClassLoader。最后，jvm又会回调 ClassLoader 进类加载。

 // java.lang.ClassLoaderprotected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException{// 先获取锁synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// First, check if the class has already been loaded// 如果已经加载了的话，就不用再加载了Class<?> c = findLoadedClass(name);if (c == null) {long t0 = System.nanoTime();try {// 双亲委托加载if (parent != null) {c = parent.loadClass(name, false);} else {// 启动类加载器加载c = findBootstrapClassOrNull(name);}} catch (ClassNotFoundException e) {// ClassNotFoundException thrown if class not found// from the non-null parent class loader}// 父类没有加载到时，再自己加载if (c == null) {// If still not found, then invoke findClass in order// to find the class.long t1 = System.nanoTime();c = findClass(name);// this is the defining class loader; record the statssun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}

newInstance()

newInstance() 主要做了三件事：

权限检测，如果不通过直接抛出异常；
查找无参构造器，并将其缓存起来；
调用具体方法的无参构造方法，生成实例并返回；

class.getMethod()

上面的Class对象是在加载类时由JVM构造的，JVM为每个类管理一个独一无二的Class对象，这份Class对象里维护着该类的所有Method，Field，Constructor的cache，这份cache也可以被称作根对象。

每次getMethod获取到的Method对象都持有对根对象的引用，因为一些重量级的Method的成员变量(主要是MethodAccessor)，我们不希望每次创建Method对象都要重新初始化，于是所有代表同一个方法的Method对象都共享着根对象的MethodAccessor，每一次创建都会调用根对象的copy方法复制一份:

invoke()

调用Method.invoke之后，会直接去调MethodAccessor.invoke。MethodAccessor就是上面提到的所有同名method共享的一个实例，由ReflectionFactory创建。

总结

最后，用几句话总结反射的实现原理：

反射类及反射方法的获取，都是通过从列表中搜寻查找匹配的方法，所以查找性能会随类的大小方法多少而变化；
每个类都会有一个与之对应的Class实例，从而每个类都可以获取method反射方法，并作用到其他实例身上；
反射也是考虑了线程安全的，放心使用；
反射使用软引用relectionData缓存class信息，避免每次重新从jvm获取带来的开销；
反射调用多次生成新代理Accessor, 而通过字节码生存的则考虑了卸载功能，所以会使用独立的类加载器；
当找到需要的方法，都会copy一份出来，而不是使用原来的实例，从而保证数据隔离；
调度反射方法，最终是由jvm执行invoke0()执行；