反射
Java 的动态性体现在：反射机制、动态执行脚本语言、动态操作字节码
反射：在运行时加载、探知、使用编译时未知的类。
Class.forName 使用的类加载器是调用者的类加载器
Class
表示 Java 中的类型（class、interface、enum、annotation、primitive type、void）本身。
一个类被加载之后，JVM 会创建一个对应该类的 Class 对象，类的整个结构信息会放在相应
的 Class 对象中。
这个 Class 对象就像一个镜子一样，从中可以看到类的所有信息。
反射的核心就是 Class
如果多次执行 forName 等加载类的方法，类只会被加载一次；一个类只会形成一个 Class
对象，无论执行多少次加载类的方法，获得的 Class 都是一样的。
用途
性能
反射带来灵活性的同时，也有降低程序执行效率的弊端
setAccessible 方法不仅可以标记某些私有的属性方法为可访问的属性方法，并且可以提高程
序的执行效率
实际上是启用和禁用访问安全检查的开关。如果做检查就会降低效率；关闭检查就可以提高
效率。
反射调用方法比直接调用要慢大约 30 倍，如果跳过安全检查的话比直接调用要慢大约 7 倍
开启和不开启安全检查对于反射而言可能会差 4 倍的执行效率。
为什么慢?
1）验证等防御代码过于繁琐，这一步本来在 link 阶段，现在却在计算时进行验证
2）产生很多临时对象，造成 GC 与计算时间消耗
3）由于缺少上下文，丢失了很多运行时的优化，比如 JIT(它可以看作 JVM 的重要评测标准
之一)
当然，现代 JVM 也不是非常慢了，它能够对反射代码进行缓存以及通过方法计数器同样实
现 JIT 优化，所以反射不一定慢。
实现
反射在 Java 中可以直接调用，不过最终调用的仍是 native 方法，以下为主流反射操作的实
现。
Class.forName 的实现
Class.forName 可以通过包名寻找 Class 对象，比如 Class.forName("java.lang.String")。
在 JDK 的源码实现中，可以发现最终调用的是 native 方法 forName0()，它在 JVM 中调用的
实际是 FindClassFromCaller()，原理与 ClassLoader 的流程一样。
public static Class<?> forName(String className)
throws ClassNotFoundException {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller),
caller);
}
private static native Class<?> forName0(String name, boolean initialize,
ClassLoader loader,
Class<?> caller)
throws ClassNotFoundException;
Java_java_lang_Class_forName0(JNIEnv *env, jclass this, jstring classname,
jboolean initialize, jobject loader, jclass caller)
{
char *clname;
jclass cls = 0;
char buf[128];
jsize len;
jsize unicode_len;
if (classname == NULL) {
JNU_ThrowNullPointerException(env, 0);
return 0;
}
len = (*env)->GetStringUTFLength(env, classname);
unicode_len = (*env)->GetStringLength(env, classname);
if (len >= (jsize)sizeof(buf)) {
clname = malloc(len + 1);
if (clname == NULL) {
JNU_ThrowOutOfMemoryError(env, NULL);
return NULL;
}
} else {
clname = buf;
}
(*env)->GetStringUTFRegion(env, classname, 0, unicode_len, clname);
if (VerifyFixClassname(clname) == JNI_TRUE) {
/* slashes present in clname, use name b4 translation for exception */
(*env)->GetStringUTFRegion(env, classname, 0, unicode_len, clname);
JNU_ThrowClassNotFoundException(env, clname);
goto done;
}
if (!VerifyClassname(clname, JNI_TRUE)) { /* expects slashed name */
JNU_ThrowClassNotFoundException(env, clname);
goto done;
}
cls = JVM_FindClassFromCaller(env, clname, initialize, loader, caller);
done:
if (clname != buf) {
free(clname);
}
return cls;
}
JVM_ENTRY(jclass, JVM_FindClassFromClass(JNIEnv *env, const char *name,
jboolean init, jclass from))
JVMWrapper2("JVM_FindClassFromClass %s", name);
if (name == NULL || (int)strlen(name) > Symbol::max_length()) {
// It's impossible to create this class; the name cannot fit
// into the constant pool.
THROW_MSG_0(vmSymbols::java_lang_NoClassDefFoundError(), name);
}
TempNewSymbol h_name = SymbolTable::new_symbol(name, CHECK_NULL);
oop from_class_oop = JNIHandles::resolve(from);
Klass* from_class = (from_class_oop == NULL)
? (Klass*)NULL
: java_lang_Class::as_Klass(from_class_oop);
oop class_loader = NULL;
oop protection_domain = NULL;
if (from_class != NULL) {
class_loader = from_class->class_loader();
protection_domain = from_class->protection_domain();
}
Handle h_loader(THREAD, class_loader);
Handle h_prot (THREAD, protection_domain);
jclass result = find_class_from_class_loader(env, h_name, init, h_loader,
h_prot, true, thread);
if (TraceClassResolution && result != NULL) {
// this function is generally only used for class loading during verification.
ResourceMark rm;
oop from_mirror = JNIHandles::resolve_non_null(from);
Klass* from_class = java_lang_Class::as_Klass(from_mirror);
const char * from_name = from_class->external_name();
oop mirror = JNIHandles::resolve_non_null(result);
Klass* to_class = java_lang_Class::as_Klass(mirror);
const char * to = to_class->external_name();
tty->print("RESOLVE %s %s (verification)\n", from_name, to);
}
return result;
JVM_END
getDeclaredFields 的实现
在 JDK 源 码 中 ， 可 以 知 道 class.getDeclaredFields() 方 法 实 际 调 用 的 是 native 方 法
getDeclaredFields0()，它在 JVM 主要实现步骤如下：
1)根据 Class 结构体信息，获取 field_count 与 fields[]字段，这个字段早已在 load 过程中被
放入了
2)根据 field_count 的大小分配内存、创建数组
3)将数组进行 forEach 循环，通过 fields[]中的信息依次创建 Object 对象
4)返回数组指针
主要慢在如下方面：
创建、计算、分配数组对象
对字段进行循环赋值
public Field[] getDeclaredFields() throws SecurityException {
checkMemberAccess(Member.DECLARED, Reflection.getCallerClass(), true);
return copyFields(privateGetDeclaredFields(false));
}
private Field[] privateGetDeclaredFields(boolean publicOnly) {
checkInitted();
Field[] res;
ReflectionData<T> rd = reflectionData();
if (rd != null) {
res = publicOnly ? rd.declaredPublicFields : rd.declaredFields;
if (res != null) return res;
}
// No cached value available; request value from VM
res = Reflection.filterFields(this, getDeclaredFields0(publicOnly));
if (rd != null) {
if (publicOnly) {
rd.declaredPublicFields = res;
} else {
rd.declaredFields = res;
}
}
return res;
}
private static Field[] copyFields(Field[] arg) {
Field[] out = new Field[arg.length];
ReflectionFactory fact = getReflectionFactory();
for (int i = 0; i < arg.length; i++) {
out[i] = fact.copyField(arg[i]);
}
return out;
}
Method.invoke 的实现
以下为无同步、无异常的情况下调用的步骤
1)创建 Frame
2)如果对象 flag 为 native，交给 native_handler 进行处理
3)在 frame 中执行 java 代码
4)弹出 Frame
5)返回执行结果的指针
主要慢在如下方面：
需要完全执行 ByteCode 而缺少 JIT 等优化
检查参数非常多，这些本来可以在编译器或者加载时完成
public Object invoke(Object obj, Object... args)
throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,
InvocationTargetException
{
if (!override) {
if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);
}
}
MethodAccessor ma = methodAccessor; // read volatile
if (ma == null) {
ma = acquireMethodAccessor();
}
return ma.invoke(obj, args);
}
NativeMethodAccessorImpl#invoke
public Object invoke(Object obj, Object[] args)
throws IllegalArgumentException, InvocationTargetException
{
// We can't inflate methods belonging to vm-anonymous classes because
// that kind of class can't be referred to by name, hence can't be
// found from the generated bytecode.
if (++numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold()
&& !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(method.getDeclaringClass())) {
MethodAccessorImpl acc = (MethodAccessorImpl)
new MethodAccessorGenerator().
generateMethod(method.getDeclaringClass(), method.getName(), method.getParameterTypes(), method.getReturnType(), method.getExceptionTypes(), method.getModifiers()); parent.setDelegate(acc); } return invoke0(method, obj, args); }
private static native Object invoke0(Method m, Object obj, Object[] args);
Java_sun_reflect_NativeMethodAccessorImpl_invoke0
(JNIEnv *env, jclass unused, jobject m, jobject obj, jobjectArray args)
{
return JVM_InvokeMethod(env, m, obj, args);
}
JVM_ENTRY(jobject, JVM_InvokeMethod(JNIEnv *env, jobject method, jobject obj,
jobjectArray args0))
JVMWrapper("JVM_InvokeMethod");
Handle method_handle;
if (thread->stack_available((address) &method_handle) >=
JVMInvokeMethodSlack) {
method_handle = Handle(THREAD, JNIHandles::resolve(method));
Handle receiver(THREAD, JNIHandles::resolve(obj));
objArrayHandle args(THREAD, objArrayOop(JNIHandles::resolve(args0)));
oop result = Reflection::invoke_method(method_handle(), receiver, args,
CHECK_NULL);
jobject res = JNIHandles::make_local(env, result);
if (JvmtiExport::should_post_vm_object_alloc()) {
oop ret_type = java_lang_reflect_Method::return_type(method_handle());
assert(ret_type != NULL, "sanity check: ret_type oop must not be NULL!");
if (java_lang_Class::is_primitive(ret_type)) {
// Only for primitive type vm allocates memory for java object.
// See box() method.
JvmtiExport::post_vm_object_alloc(JavaThread::current(), result);
}
}
return res;
} else {
THROW_0(vmSymbols::java_lang_StackOverflowError());
}
JVM_END
class.newInstance 的实现
1)检测权限、预分配空间大小等参数
2)创建 Object 对象，并分配空间
3)通过 Method.invoke 调用构造函数(<init>())
4)返回 Object 指针
主要慢在如下方面：
参数检查不能优化或者遗漏
<init>()的查表
Method.invoke 本身耗时
public T newInstance()
throws InstantiationException, IllegalAccessException
{
if (System.getSecurityManager() != null) {
checkMemberAccess(Member.PUBLIC, Reflection.getCallerClass(), false);
}
// NOTE: the following code may not be strictly correct under
// the current Java memory model.
// Constructor lookup
if (cachedConstructor == null) {
if (this == Class.class) {
throw new IllegalAccessException(
"Can not call newInstance() on the Class for java.lang.Class"
);
}
try {
Class<?>[] empty = {};
final Constructor<T> c = getConstructor0(empty, Member.DECLARED);
// Disable accessibility checks on the constructor
// since we have to do the security check here anyway
// (the stack depth is wrong for the Constructor's
// security check to work)
java.security.AccessController.doPrivileged(
new java.security.PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
c.setAccessible(true);
return null;
}
});
cachedConstructor = c;
} catch (NoSuchMethodException e) {
throw (InstantiationException)
new InstantiationException(getName()).initCause(e);
}
}
Constructor<T> tmpConstructor = cachedConstructor;
// Security check (same as in java.lang.reflect.Constructor)
int modifiers = tmpConstructor.getModifiers();
if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(this, modifiers)) {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
if (newInstanceCallerCache != caller) {
Reflection.ensureMemberAccess(caller, this, null, modifiers);
newInstanceCallerCache = caller;
}
}
// Run constructor
try {
return tmpConstructor.newInstance((Object[])null);
} catch (InvocationTargetException e) {
Unsafe.getUnsafe().throwException(e.getTargetException());
// Not reached
return null;
}
}
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