反射在Java 中算是黑魔法的存在了。
用一句话来形容「反其道而行之」
很多限制在反射面前，就是形同虚设。
例如我们设置了一个类的成员变量是 private, 目的就是为了不让外部可以随意修改访问。但是呢，使用反射就可以，你说牛不牛。
正因为反射技术的灵活性，所以在各大框架中被频繁的使用，所以在学习的过程中，了解反射的意义对后续框架的学习有很大的帮助。
具体是这么做到的？还是其他更巧妙的用法？想知道的话，就接着看下去吧～
在java中，运行时，只要给定类的名字，能够知道这个类的所有信息，可以构造出指定对象，可以调用它的任意一个属性和方法。
这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为Java语言的反射机制。
基于这个机制，反射的作用是
Java 反射机制主要提供了以下功能：
咱们下面，使用反射获取Person 这个类，来为大家一一演示下。
public class Person {
public String name;
private int age;
private List<String> favorities;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public void addFavorite(String favorite) {
if (favorities == null) {
favorities = new ArrayList<>();
}
favorities.add(favorite);
}
private void changeAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Person{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", favorities=" + favorities +
'}';
}
}
获取 Class 类对象有三种方法
//第一种，使用 Class.forName 静态方法。
Class clazz1 = Class.forName("reflect.Person");
//第二种，使用 .class 方法。
Class clazz2 = Person.class;
//第三种，使用类对象的 getClass() 方法。
Person person = new Person("浅浅",18);
Class clazz3 = person.getClass();
其中
.class 方法获得Class对象。很多文章说主要有两种方式：
两者的区别是通过 Class 对象则只能使用默认的无参数构造方法，通过 Constructor 对象创建类对象可以选择特定构造方法。
其实， class.newInstance() 内部实现也是通过 Constructor。而且现在已经标记为 @Deprecated(since="9")，建议使用 Constructor 。
//获取class对象
Class clazz = Class.forName("reflect.Person");
//如果有默认构造方法，就使用这个
Person p1 = (Person) clazz.getConstructor().newInstance();
//指定构造方法
Person p2 = (Person) clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class).newInstance("dr", 1);
//获取class对象
Class clazz = Class.forName("reflect.Person");
//构造对象
Person p = (Person) clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class).newInstance("dr", 18);
//获取指定变量 name
Field nameField = clazz.getField("name");
//修改变量的值
nameField.set(p,"张三");
//获取指定变量 age
Field ageField = clazz.getDeclaredField("age");
//age 是private变量，需要先设置可用
ageField.setAccessible(true);
//修改变量的值
ageField.setInt(p,17);
需要注意的是:
getField() : 只能获取 public 修饰的变量，如果是私有变量，会报错NoSuchFieldgetDeclaredField() : 可用于获取全部变量，在不知道变量的权限修饰符的时候，建议使用 getDeclaredField()， 比较保险。修改变量的值的方法分为两类
set(Object obj, Object value)setInt(Object obj, int i)，setLong(Object obj, long l) //获取class对象
Class clazz = Class.forName("reflect.Person");
//构造对象
Person p = (Person) clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class).newInstance("dr", 18);
//获取指定方法 "addFavorite"
Method method = clazz.getMethod("addFavorite", String.class);
//调用对象方法
method.invoke(p, "篮球");
//获取指定方法 "changeAge"
Method privateMethod = clazz.getDeclaredMethod("changeAge", int.class);
//changeAge 是private方法，需要先设置可用
privateMethod.setAccessible(true);
privateMethod.invoke(p, 17);
同样提供了 getMethod() 和getDeclaredMethod(),和 Field 作用一样，不赘述了，
调用方法的方式只有一种 invoke(Object obj, Object... args)
要想知道这个问题，需要从类的加载机制说起。
当我们写完一个类，它首先是一个 java 文件，首先会被编译成.class 文件，然后在运行时，要使用到这个类的时候，jvm 会开始加载这个 .class 文件到内存中。
**.class **是个二进制文件，里面包含了类的全部信息。当加载到内存的时候，分为两个部分：
所谓类运行时数据结构，其实就是Java类在 JVM 内存中的一个快照，包括常量池、类字段、类方法等。
Class 对象就是相当于是一个入口，放在堆中，方便去程序员访问方法区的类运行时结构信息。
也就是说，只要类被加载到 JVM 内存，就可以获取它全部的信息了。
那类加载的时机是什么呢？
其实，虚拟机规范中并没有强制约束何时进行加载，但是规定了5种情况必须对类进行「初始化」，其中就有一条关于反射的：
使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行初始化，则需要先触发其初始化。
那类初始化一定会先执行加载吗？
类的生命周期如下：
其中还规定了 加载、验证、准备、初始化，卸载这5个阶段的先后顺序是确定的。
所以初始化一定会触发加载的。
反射的机制就是基于以上基础。
还记得上文「获取反射中的Class对象」创建的 clazz1,clazz2,clazz3 吗？你觉得这是3个不同的对象吗？
System.out.println(clazz1 == clazz2); 会输出什么？
System.out.println(clazz2 == clazz3); 会输出什么？
答案是都是同个对象，所以输出的都是 true。
原因是什么呢？我们马上来揭晓～
Java 中类的加载都是由类加载器实现的。在我们开发人员眼中，类加载器可以分为以下几种：
他们的之间的关系是：
jvm 对class文件采用的是按需加载的方式，当需要使用该类时，jvm才会将它的class文件加载到内存中产生class对象。
将这个过程详细说说的话，就是：
第一步：如果一个类加载器接收到了类加载的请求，它自己不会先去加载，会把这个请求委托给父类加载器去执行。
第二步：如果父类还存在父类加载器，则继续向上委托，一直委托到启动类加载器：Bootstrap ClassLoader
第三步：如果父类加载器可以完成加载任务，就返回成功结果，如果父类加载失败，就由子类自己去尝试加载，如果子类加载失败就会抛出ClassNotFoundException异常
这就是我们常说的「双亲委派模型」类加载机制。这样做的好处是，加载器之间具备带有优先级的层次关系，每个加载器负责的 classpath 是不同的，而且每加载一个类，全部的加载器范围判定都是从上到下的，所以可以保证一个Class文件只能被同一类加载器加载一次，所以在堆中的Class都是同个对象。
在Class里有个关键的属性叫做reflectionData，这里主要存的是每次从jvm里获取到的一些类属性，比如方法，字段等。避免每次都要从 JVM 里去获取数据。
这个属性主要是SoftReference的，内存不足的的情况下有可能会被回收。
ReflectionData 中的属性是按需懒加载的。当调用了某个反射方法获取属性时，才会将当前属性数据填充到ReflectionData 的成员变量中。
public final class Class<T>{
//反射数据数据结构
private static class ReflectionData<T> {
volatile Field[] declaredFields;
volatile Field[] publicFields;
volatile Method[] declaredMethods;
volatile Method[] publicMethods;
volatile Constructor<T>[] declaredConstructors;
volatile Constructor<T>[] publicConstructors;
// Intermediate results for getFields and getMethods
volatile Field[] declaredPublicFields;
volatile Method[] declaredPublicMethods;
volatile Class<?>[] interfaces;
// Cached names
String simpleName;
String canonicalName;
static final String NULL_SENTINEL = new String();
// Value of classRedefinedCount when we created this ReflectionData instance
final int redefinedCount;
ReflectionData(int redefinedCount) {
this.redefinedCount = redefinedCount;
}
}
//反射数据软应用对象
private transient volatile SoftReference<ReflectionData<T>> reflectionData;
}
而且需要说明的是，我们每次获取反射的Constructor/Method/Field时，都是重新生成的对象。无论是获取全部，还是某个指定的对象，都会执行下 copy() 动作。
以Method为例：
public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)
throws NoSuchMethodException, SecurityException {
Objects.requireNonNull(name);
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
checkMemberAccess(sm, Member.PUBLIC, Reflection.getCallerClass(), true);
}
Method method = getMethod0(name, parameterTypes);
if (method == null) {
throw new NoSuchMethodException(methodToString(name, parameterTypes));
}
//执行Copy动作
return getReflectionFactory().copyMethod(method);
}
copyMethod() 最终会调用 Method 类的 copy() 方法
Method copy() {
if (this.root != null)
throw new IllegalArgumentException("Can not copy a non-root Method");
Method res = new Method(clazz, name, parameterTypes, returnType,
exceptionTypes, modifiers, slot, signature,
annotations, parameterAnnotations, annotationDefault);
res.root = this;
res.methodAccessor = methodAccessor;
return res;
}
由此可见，我们每次通过调用getDeclaredMethod方法返回的Method对象其实都是一个新的对象，所以不宜多调哦，如果调用频繁最好缓存起来。
同样的道理，也适用于 Constructor和 Method.
实际上并没有真正修改Method/Filed/Constructor的访问权限，而是通过一个 boolean 值数据 override 跳过权限检查的。
权限的检查，都封装在一个 AccessibleObject的类中，Method/Filed/Constructor 都继承了它。其中提供了 setAccessible()方法来进行权限检查开关设置。
public class AccessibleObject implements AnnotatedElement {
//默认为false
boolean override;
/**
* setAccessible()最终会跳到这个方法
* 修改override的值
*/
boolean setAccessible0(boolean flag) {
this.override = flag;
return flag;
}
}
以Method.invoke 为例，其中就判断了 override属性。
public Object invoke(Object obj, Object... args)
throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,
InvocationTargetException
{
//override == true，就会不执行权限检查
if (!override) {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
checkAccess(caller, clazz,
Modifier.isStatic(modifiers) ? null : obj.getClass(),
modifiers);
}
MethodAccessor ma = methodAccessor; // read volatile
if (ma == null) {
ma = acquireMethodAccessor();
}
return ma.invoke(obj, args);
}
我们平常很多框架都使用了反射，而反射中最多使用的就是 Method ，所以我们就从这里分析。
进入 Method 的 invoke 方法我们可以看到，一开始是进行了一些权限的检查，最后是调用了 MethodAccessor 类的 invoke 方法进行进一步处理：
public Object invoke(Object obj, Object... args)
throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,
InvocationTargetException
{
//检查权限
if (!override) {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
checkAccess(caller, clazz,
Modifier.isStatic(modifiers) ? null : obj.getClass(),
modifiers);
}
MethodAccessor ma = methodAccessor;
if (ma == null) {
//获取MethodAccessor
ma = acquireMethodAccessor();
}
//实际上调用了 MethodAccessor
return ma.invoke(obj, args);
}
MethodAccessor 实际上是一个接口，的到底是哪个类对象，所以我们需要进入 acquireMethodAccessor() 方法中看看。
private MethodAccessor acquireMethodAccessor() {
//是否存在对应的 MethodAccessor 对象，
MethodAccessor tmp = null;
if (root != null) tmp = root.getMethodAccessor();
if (tmp != null) {
//存在就复用之前的对象
methodAccessor = tmp;
} else {
// 否则通过ReflectionFactory 创建一个新的。
tmp = reflectionFactory.newMethodAccessor(this);
setMethodAccessor(tmp);
}
return tmp;
}
关键的实现是 reflectionFactory.newMethodAccessor()方法。
public MethodAccessor newMethodAccessor(Method method) {
//检查是否初始化
checkInitted();
if (Reflection.isCallerSensitive(method)) {
Method altMethod = findMethodForReflection(method);
if (altMethod != null) {
method = altMethod;
}
}
// use the root Method that will not cache caller class
Method root = langReflectAccess().getRoot(method);
if (root != null) {
method = root;
}
//如果是不使用Inflation机制
if (noInflation && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(method.getDeclaringClass())) {
//生成新的 MethodAccessor
return new MethodAccessorGenerator().
generateMethod(method.getDeclaringClass(),
method.getName(),
method.getParameterTypes(),
method.getReturnType(),
method.getExceptionTypes(),
method.getModifiers());
} else {
//否则使用NativeMethodAccessorImpl
NativeMethodAccessorImpl acc =
new NativeMethodAccessorImpl(method);
DelegatingMethodAccessorImpl res =
new DelegatingMethodAccessorImpl(acc);
acc.setParent(res);
return res;
}
}
条件语句上出现了 noInflation，这是个啥呢，从初始化方法 checkInitted() 中可以看到都是从JVM的参数设置中读取的，默认 noInflation = false，也就是说 Inflation 机制开关设置，默认是开启的。
private static void checkInitted() {
//省略......
Properties props = GetPropertyAction.privilegedGetProperties();
// Inflation 机制开关设置，默认开启，noInflation 默认是false
String val = props.getProperty("sun.reflect.noInflation");
if (val != null && val.equals("true")) {
noInflation = true;
}
// Inflation 机制的阈值参数设置，默认是15
val = props.getProperty("sun.reflect.inflationThreshold");
if (val != null) {
try {
inflationThreshold = Integer.parseInt(val);
} catch (NumberFormatException e) {
throw new RuntimeException("Unable to parse property sun.reflect.inflationThreshold", e);
}
}
//省略......
}
还多了一个inflationThreshold 参数，这是一个Int 类型的数据，默认是15，具体使用在 NativeMethodAccessorImpl 的 invoke方法中。
public Object invoke(Object var1, Object[] var2) throws IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
// 如果native版本执行超过 -Dsun.reflect.inflationThreshold的的值，默认值是15，则设置DelegatingMethodAccessorImpl的delegate属性为java版本的MethodAccessor实现，即切换为java版本
if (++this.numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold() && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(this.method.getDeclaringClass())) {
MethodAccessorImpl var3 = (MethodAccessorImpl)(new MethodAccessorGenerator()).generateMethod(this.method.getDeclaringClass(), this.method.getName(), this.method.getParameterTypes(), this.method.getReturnType(), this.method.getExceptionTypes(), this.method.getModifiers());
// 切换java版本
this.parent.setDelegate(var3);
}
// native方法
return invoke0(this.method, var1, var2);
}
注意了，这个地方就是 Inflation 机制的精髓所在。
反射方法调用的版本实现有两个版本：Java 和 Native 。
NativeMethodAccessorImpl，实现最终调用native方法 invoke0() 。启动时相对较快，但是运行效率较慢。MethodAccessorGeneratorX，通过ASM技术动态生成一个MethodAccessorImpl 的子类并实现 invoke方法。初始化慢，但是运行效率较快所以综合两个实现，基本性能考虑，引申出 inflation 机制，即：初次加载字节码实现反射，使用花费时间更短的 native 实现。如果频繁使用，再动态生成一个类作为 java 实现，后续都切换为 java 实现。
另外这其中，还是使用了设计模式之代理模式：
有没有感受到它的妙处～
未开启 Inflation 机制和超过native 方法调用次数阈值都是通过MethodAccessorGenerator.generateMethod() 来生成 Java 版的 MethodAccessor 的实现类。
方法很长，简单看一下：
private MagicAccessorImpl generate(final Class<?> declaringClass,
String name,
Class<?>[] parameterTypes,
Class<?> returnType,
Class<?>[] checkedExceptions,
int modifiers,
boolean isConstructor,
boolean forSerialization,
Class<?> serializationTargetClass)
{
ByteVector vec = ByteVectorFactory.create();
//字节码工具实现
asm = new ClassFileAssembler(vec);
this.declaringClass = declaringClass;
this.parameterTypes = parameterTypes;
this.returnType = returnType;
this.modifiers = modifiers;
this.isConstructor = isConstructor;
this.forSerialization = forSerialization;
asm.emitMagicAndVersion();
asm.emitShort(add(numCPEntries, S1));
final String generatedName = generateName(isConstructor, forSerialization);
asm.emitConstantPoolUTF8(generatedName);
asm.emitConstantPoolClass(asm.cpi());
thisClass = asm.cpi();
if (isConstructor) {
if (forSerialization) {
asm.emitConstantPoolUTF8
("jdk/internal/reflect/SerializationConstructorAccessorImpl");
} else {
asm.emitConstantPoolUTF8("jdk/internal/reflect/ConstructorAccessorImpl");
}
} else {
asm.emitConstantPoolUTF8("jdk/internal/reflect/MethodAccessorImpl");
}
asm.emitConstantPoolClass(asm.cpi());
superClass = asm.cpi();
//省略......
核心逻辑主要是通过 ClassFileAssembler 类来生成字节码，会生成一个 class 文件，名称是 GeneratedMethodAccessorX,这个 X 是调用次数，会递增的。初始化慢的原因就在这里。
生成的 class 文件大概是这个样子的，想当于直接调用。
例如是实现 Person#addFavorite() 方法反射的时候，就会生成如下的 GeneratedMethodAccessorX
package sun.reflect;
public class GeneratedMethodAccessor1 extends MethodAccessorImpl {
public GeneratedMethodAccessor1() {
super();
}
//invoke方法实现
public Object invoke(Object obj, Object[] args)
throws IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
// prepare the target and parameters
if (obj == null) throw new NullPointerException();
try {
//对象实例类型强转成 Person
Person target = (Person) obj;
if (args.length != 1) throw new IllegalArgumentException();
String arg0 = (String) args[0];
} catch (ClassCastException e) {
throw new IllegalArgumentException(e.toString());
} catch (NullPointerException e) {
throw new IllegalArgumentException(e.toString());
}
// make the invocation
try {
//直接调用对象的方法 "addFavorite"
target.addFavorite(arg0);
} catch (Throwable t) {
throw new InvocationTargetException(t);
}
}
}
总结起来，Java版的实现就是用空间换时间。
需要特别说明的是，加载Java版本 GeneratedMethodAccessorX的类加载器是专门提供的自定义加载器 DelegatingClassLoader，而且每个方法都会生成一个类加载器。
static Class<?> defineClass(String name, byte[] bytes, int off, int len,
final ClassLoader parentClassLoader)
{
ClassLoader newLoader = AccessController.doPrivileged(
new PrivilegedAction<ClassLoader>() {
public ClassLoader run() {
return new DelegatingClassLoader(parentClassLoader);
}
});
return JLA.defineClass(newLoader, name, bytes, null, "__ClassDefiner__");
}
//自定义加载器，内部没有额外实现，只是名字的区别
class DelegatingClassLoader extends ClassLoader {
DelegatingClassLoader(ClassLoader parent) {
super(parent);
}
}
方法注释中，解释的也很清楚：
呕心沥血万字长文，让我对反射认识的更清晰了，同时也希望能够带给大家帮助～
最简单的易懂的技术干货，好玩的事情，都会在「浅浅同学的开发笔记」分享，快来呀～期待与你共同成长！