java中的反射

反射，java老司机应该都对它不陌生，不管是在jvm还是一些大型的框架中，总是能看到它的身影，接下来我们就来看看java的反射到底是如何实现的。

前言

在分析具体实现之前我们还是先来看个反射具体使用实例：

使用案例

运行结果：

运行结果
从案例可以看出，我们通过反射来获取对象定义的相关内容，同时还可以通过Method的invoke方法调用该对象任何方法。想想，如果在系统运行期间大量利用反射来操作对象，会不会有什么隐患呢？接下来我们就来看看java反射的具体实现。

Field的获取

java的反射可通过Field来获取某个类的属性或者属性值，Class类提供以下方法来获取Field：

• public Field[] getDeclaredFields()：获取类声明的所有属性，包括private属性；

• public Field getDeclaredField(String name)：获取类声明的属性名为name的属性；

• public Field[] getFields()：获取类声明的所有public类型属性；

• public Field getField(String name)：获取类声明的属性名为name的public类型属性。

接下来我们就以getDeclaredField方法为例，详细分析其源码实现。

getDeclaredField实现

getDeclaredField实现

从源码可以看出：

1. 校验成员变量是否允许被访问：

• 允许被访问，跳转到步骤2；
• 否则，抛出SecurityException异常；

2. 调用searchFields方法获取属性名为name的field；
3. 如果步骤2的field为null，抛出NoSuchFieldException异常，否则，返回该field。

获取Field的逻辑主要在searchFields方法中实现，searchFields方法的第一个参数是通过privateGetDeclaredFields方法从缓存或者JVM获取到的Fields列表，接下来我们来看看它们的相关实现。

privateGetDeclaredFields获取Fields列表

privateGetDeclaredFields实现

从源码可以看出，privateGetDeclaredFields方法首先通过reflectionData方法从缓存中获取，如果从缓存中获取不到，再调用Reflection.filterFields方法从JVM中获取。接下来我们来看看reflectionData方法是如何实现数据缓存的。

reflectionData实现

reflectionData实现

从源码可以看出：

• 缓存数据结构：ReflectionData，缓存了Field、Method和Constructor等相关数据；

• 整个reflectionData方法，首先是从缓存中获取相关数据，需要注意的是，reflectionData对象是SoftReference类型的，该类型的数据在内存紧张时会被回收，如果该对象被回收，则通过newReflectionData方法重新创建一个新的对象，newReflectionData方法的相关源码实现如下：

  
  newReflectionData实现

searchFields获取指定Field

searchFields实现

从源码可以看出，searchFields方法在找到指定的Field之后，会重新copy一份返回，当然如果没有找到指定Field则返回null。

到这里为止，Field相关获取的实现就告一段落，具体通过Field来操作对象相关部分源码在本文就不做详细讲解了，有兴趣的小伙伴可以自行阅读源码。接下来我们就继续来看看Method是如何来获取和调用的。

Method的获取

同Field一样，Class同样提供四个方法来获取Method：

• public Method[] getDeclaredMethods()：获取类的所有方法，包括private类型方法；

• public Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：获取类的指定方法名和参数的方法；

• public Method[] getMethods()：获取类的所有public类型方法；

• public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：获取类的指定方法名和参数的public类型方法。

接下来就以getDeclaredMethod方法为例，详细分析Method的获取的具体实现。

getDeclaredMethod实现

getDeclaredMethod实现

同getDeclaredField方法的流程一样：

1. 校验方法是否允许被访问：

• 允许被访问，跳转到步骤2；
• 否则，抛出SecurityException异常；

2. 调用searchMethods方法获取指定方法名和参数的method；
3. 如果步骤2的method为null，抛出NoSuchMethodException异常，否则，返回该method。

接下来我们就来看看searchMethods方法相关的具体实现。

注：由于searchMethods方法获取指定Method同searchFields方法获取指定Field实现基本一致，在这里就不在做详细的分析。

privateGetDeclaredMethods获取Method列表

privateGetDeclaredMethods实现

同privateGetDeclaredFields方法一样，privateGetDeclaredMethods方法同样通过reflectionData方法从缓存中获取Method列表，如果从缓存到获取不到，才会调用Reflection.filterMethods方法从JVM中获取。

searchMethods获取指定Method

searchMethods实现

同searchFields方法一样，searchMethods方法在找到指定的Method之后，同样会重新copy一份返回。

到这里为止，Method的获取就简单分析完了，在获取到Method之后，我们可以通过其invoke方法来实现调用了，接下来我们就来看看invoke方法的具体实现。

Method的调用

invoke实现

从源码可以看出：

1. 校验该方法是否允许被访问，允许被访问则跳转到步骤2，否则，抛出IllegalAccessException异常；

2. 获取当前method的MethodAccessor对象ma，如ma为null，则调用acquireMethodAccessor方法获取；

3. 调用MethodAccessor对象的invoke方法来实现调用，整个invoke方法的核心也在这里。

接下来我们就来看看acquireMethodAccessor方法获取MethodAccessor对象以及该对象的invoke方法的相关实现。

acquireMethodAccessor获取MethodAccessor

acquireMethodAccessor实现

从源码可以看出：

• 如果root节点不为空，则从root节点获取MethodAccessor对象，并且将该对象赋值给当前Method对象的methodAccessor属性；

• 如果root节点为null，或者root节点的methodAccessor对象为null时，调用reflectionFactory.newMethodAccessor方法为其创建一个新的MethodAccessor对象并返回。

注：

MethodAccessor定义
从MethodAccessor的定义可以看出，MethodAccessor是一个接口，那么，上述MethodAccessor对象其实也就是MethodAccessor的子类的对象。

reflectionFactory.newMethodAccessor创建MethodAccessor

在开始分析newMethodAccessor方法的实现之前我们先来看看ReflectionFactory相关内容。

• ReflectionFactory重要属性
  

  ReflectionFactory相关属性
  ReflectionFactory有两个重要属性：noInflation（默认值为false）和inflationThreshold（默认值为15），它们的重新设置可以通过checkInitted方法来完成，源码如下图所示：
  checkInitted实现
  从源码标红框的两部分可以看出，noInflation和inflationThreshold可以通过参数-Dsun.reflect.inflationThreshold和-Dsun.reflect.noInflation设置。

• newMethodAccessor实现
  

  newMethodAccessor实现
  从源码可以看出：

  • 如果noInflation == true时，调用MethodAccessorGenerator对象的generateMethod方法生成MethodAccessorImpl对象；

  • 否则，生成DelegatingMethodAccessorImpl对象并返回。

MethodAccessor.invoke方法实现

注：以子类DelegatingMethodAccessorImpl的具体实现为例，具体分析invoke方法的相关实现。

DelegatingMethodAccessorImpl实现

DelegatingMethodAccessorImpl实现
从源码可以看出，DelegatingMethodAccessorImpl对象就是一个代理对象，最终的invoke方法其实也就是调用NativeMethodAccessorImpl的invoke方法。

NativeMethodAccessorImpl实现

NativeMethodAccessorImpl实现
需要注意的是，如果当前invoke方法被调用的次数超过 ReflectionFactory.inflationThreshold，后续的调用就通过MethodAccessorGenerator对象的generateMethod方法生成MethodAccessorImpl对象，并将它赋值给delegate，这样下次再调用Method.invoke时，调用的也就是新生成的MethodAccessor对象的invoke方法。

generateMethod实现

注：由于generateMethod实现代码比较多，在这里我就不再贴源码了，有兴趣的小伙伴可以去openjdk看一下相关源码实现。

generateMethod在生成MethodAccessorImpl对象时，会生成相应的字节码并调用ClassDefiner.defineClass创建对应的对象。而每一次在调用ClassDefiner.defineClass创建对象时，都会生成一个类加载器，具体的源码如下图所示：

defineClass实现

需要注意的是，为什么每次在创建对象时都需要生成类加载器呢？这么做的主要原因也是为了让这些生成的类可以被回收。稍微了解点儿gc的小伙伴可能都知道，类可以被回收只有在类的加载器可以被回收的情况下才会被回收，如果不每次生成新的类加载器，就可能会导致新创建的类一直不能被回收。