深入分析Java方法反射的实现原理

偏执的太偏执、 2022-06-15 05:38 148阅读 0赞

“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 ####

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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 ####

![1240 1][]

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

![1240 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：

![1240 3][]

其中`reflectionData()`方法实现如下：

![1240 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：

![1240 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：

![1240 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：

![1240 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：

![1240 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：

![1240 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

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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：

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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：

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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

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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。

[GC]: http://mp.weixin.qq.com/s/5H6UHcP6kvR2X5hTj_SBjA
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