Java方法反射的实现原理

╰半橙微兮° 2022-05-13 11:06 208阅读 0赞

[反射方面先看Java反射与动态代理][Java]

“物有本末，事有始终。知其先后，则近道矣”

前段时间看了笨神的 [从一起GC血案谈到反射原理][GC]一本，就把Java方法的反射机制实现撸了一遍。

### 方法反射实例 ###

public class ReflectCase {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            Proxy target = new Proxy();
            Method method = Proxy.class.getDeclaredMethod("run");
            method.invoke(target);
        }
    
        static class Proxy {
            public void run() {
                System.out.println("run");
            }
        }
    }

通过Java的反射机制，可以在运行期间调用对象的任何方法，如果大量使用这种方式进行调用，会有性能或内存隐患么？为了彻底了解方法的反射机制，只能从底层代码入手了。

### 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 ###

![70][]

其中`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 ###

![70 1][]

如果找到一个匹配的`Method`，则重新copy一份返回，即`Method.copy()`方法

![70 2][]

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：

![70 3][]  
其中`reflectionData()`方法实现如下：

![70 4][]

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：

![70 5][]

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：

![70 6][]

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：

![70 7][]

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：

![70 8][]

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：

![70 9][]

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

![70 10][]

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：

![70 11][]

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：

![70 12][]  
在`ClassDefiner.defineClass`方法实现中，每被调用一次都会生成一个`DelegatingClassLoader`类加载器对象

![70 13][]

这里每次都生成新的类加载器，是为了性能考虑，在某些情况下可以卸载这些生成的类，因为类的卸载是只有在类加载器可以被回收的情况下才会被回收的，如果用了原来的类加载器，那可能导致这些新创建的类一直无法被卸载，从其设计来看本身就不希望这些类一直存在内存里的，在需要的时候有就行了。

[Java]: https://blog.csdn.net/w372426096/article/details/82659354
[GC]: https://link.jianshu.com?t=http://mp.weixin.qq.com/s/5H6UHcP6kvR2X5hTj_SBjA
[70]: /images/20220513/bc481cd156bb4520989011e8e2d27209.png
[70 1]: /images/20220513/492ad4077b7145c48222987b294655a9.png
[70 2]: /images/20220513/a493c5a3500b4afaa9ed21500c6e2319.png
[70 3]: /images/20220513/011ba05837144a509a1cf188bad74c45.png
[70 4]: /images/20220513/34aff29780694778973834d9fbeaa41e.png
[70 5]: /images/20220513/b96691ea2dbb4b458b422227cd372d2c.png
[70 6]: /images/20220513/6d8424c242d04eddb66531b9e8e48e16.png
[70 7]: /images/20220513/9ba4ffcdb8b0464e91160beabda5f862.png
[70 8]: /images/20220513/be37198da8f246f2a3f419307b7d9d87.png
[70 9]: /images/20220513/8fd79a9c399848329e0a112fcb62e97a.png
[70 10]: /images/20220513/88261a9240cd4abebb9680af28bb74aa.png
[70 11]: /images/20220513/4588ba43f28444d587683a995ea70096.png
[70 12]: /images/20220513/6b4c7b3120094a88beaa3fb04857a43d.png
[70 13]: /images/20220513/18fad0fffd6a44f9b487877c58976f9d.png