Java反射原理是什么

Java反射原理是什么？這個問題可能是我們?nèi)粘W習或工作經(jīng)常見到的。希望通過這個問題能讓你收獲頗深。下面是小編給大家?guī)淼膮⒖純?nèi)容，讓我們一起來看看吧！

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反射到底是好是壞

說到Java 中的反射，初學者在剛剛接觸到反射的各種高級特性時，往往表示十分興奮，甚至會在一些不需要使用反射的場景中強行使用反射來「炫技」。而經(jīng)驗較為豐富的長者，看到反射時往往會發(fā)出靈魂三問：為什么要用反射？反射不會降低性能么？不用還有什么辦法可以解決這個問題？

那么今天我們就來深入探討下，反射到底對性能有多大影響？順便探討下，反射為什么對性能有影響？

編碼試驗

在我們分析具體原理之前，我們可以通過編寫代碼做實驗得出結(jié)論。

反射可能會涉及多種類型的操作，比如生成實例，獲取/設置變量屬性，調(diào)用方法等。經(jīng)過簡單的思考，我們認為生成實例對性能的影響相對其他操作要大一些，所以我們采用生成實例來做試驗。

在如下代碼中，我們定義了一個類 InnerClass，我們測試分別使用new和反射來生成 MAX_TIMES個實例，并打印出耗時時間。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {    private static final String TAG = "MainAc";    private final int MAX_TIMES = 100 * 1000;    private InnerClass innerList[];    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        innerList = new InnerClass[MAX_TIMES];        long startTime = SystemClock.elapsedRealtime();        for (int i=0; i < MAX_TIMES; i++) {
            innerList[i] = new InnerClass();
        }
        Log.e(TAG, "totalTime: " + (SystemClock.elapsedRealtime() - startTime));        long startTime2 = SystemClock.elapsedRealtime();        for (int i=0; i < MAX_TIMES; i++) {
            innerList[i] = newInstanceByReflection();
        }
        Log.e(TAG, "totalTime2: " + (SystemClock.elapsedRealtime() - startTime2));
    }    public InnerClass newInstanceByReflection() {
        Class clazz = InnerClass.class;        try {            return (InnerClass) clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }        return null;
    }    static class InnerClass {
    }
}復制代碼

輸出日志：

2020-03-19 22:34:49.738 2151-2151/? E/MainAc: totalTime: 15
2020-03-19 22:34:50.409 2151-2151/? E/MainAc: totalTime2: 670復制代碼

使用反射生成 10萬 個實例，耗時 670ms，明顯高于直接使用 new關(guān)鍵字的 15ms，所以反射性能低。別急，這個結(jié)論總結(jié)的還有點早，我們將要生成的實例總數(shù)改為 1000個試試，輸出日志：

2020-03-19 22:39:21.287 3641-3641/com.example.myapplication E/MainAc: totalTime: 2
2020-03-19 22:39:21.296 3641-3641/com.example.myapplication E/MainAc: totalTime2: 9復制代碼

使用反射生成 1000 個實例，雖然需要9ms，高于new的 2ms，但是 9ms 和 2ms 的差距本身肉眼不可見，而且通常我們在業(yè)務中寫的反射一般來說執(zhí)行頻率也未必會超過 1000 次，這種場景下，我們還能理直氣壯地說反射性能很低么？

很顯然，不能。

除了代碼執(zhí)行耗時，我們再看看反射對內(nèi)存的影響。我們?nèi)匀灰陨?10萬 個實例為目標，對上述代碼做略微改動，依次只保留 new 方式和反射方式，然后運行程序，觀察內(nèi)存占用情況。

使用 new 方式

使用反射

對比兩圖，我們可以看到第二張圖中多了很多 Constructor和Class對象實例，這兩部分占用的內(nèi)存2.7M。因此，我們可以得出結(jié)論，反射會產(chǎn)生大量的臨時對象，并且會占用額外內(nèi)存空間。

刨根問底：反射原理是什么

我們以前面試驗中反射生成實例的代碼為入口。

首先回顧下虛擬機中類的生命周期：加載，連接（驗證，準備，解析），初始化，使用，卸載。在加載的過程 中，虛擬機會把類的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并保存在方法區(qū)，在內(nèi)存中會生成一個代表這個類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的 java.lang.Class 對象，后續(xù)訪問這個類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就可以通過這個 Class 對象來訪問。

public InnerClass newInstanceByReflection() {    // 獲取虛擬機中 InnerClass 類的 Class 對象
    Class clazz = InnerClass.class;    try {        return (InnerClass) clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
    } catch (NoSuchMethodException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (IllegalAccessException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (InstantiationException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (InvocationTargetException e) {
        e.printStackTrace();
    }    return null;
}復制代碼

代碼中 clazz.getDeclaredConstructor() 用于獲取類中定義的構(gòu)造方法，由于我們沒有顯式定義構(gòu)造方法，所以會返回編譯器為我們自己生成的默認無參構(gòu)造方法。

下面我們看下 getDeclaredConstructor是如何返回構(gòu)造方法的。以下均以 jdk 1.8代碼為源碼。

@CallerSensitivepublic Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes)
    throws NoSuchMethodException, SecurityException {    // 權(quán)限檢查
    checkMemberAccess(Member.DECLARED, Reflection.getCallerClass(), true);    return getConstructor0(parameterTypes, Member.DECLARED);
}復制代碼

getDeclaredConstructor 方法首先做了權(quán)限檢查，然后直接調(diào)用 getConstructor0 方法。

private Constructor<T> getConstructor0(Class<?>[] parameterTypes,                                    int which) throws NoSuchMethodException{    // privateGetDeclaredConstructors 方法是獲取所有的構(gòu)造方法數(shù)組
    Constructor<T>[] constructors = privateGetDeclaredConstructors((which == Member.PUBLIC));    // 遍歷所有的構(gòu)造方法數(shù)組，根據(jù)傳入的參數(shù)類型依次匹配，找到合適的構(gòu)造方法后就會拷貝一份作為返回值
    for (Constructor<T> constructor : constructors) {        if (arrayContentsEq(parameterTypes,
                            constructor.getParameterTypes())) {            // 拷貝構(gòu)造方法
            return getReflectionFactory().copyConstructor(constructor);
        }
    }    // 沒有找到的話，就拋出異常 
    throw new NoSuchMethodException(getName() + ".<init>" + argumentTypesToString(parameterTypes));
}復制代碼

getConstructor0 方法主要做了兩件事：

  • 獲取所有構(gòu)造方法組成的數(shù)組
  • 遍歷構(gòu)造方法數(shù)組，找到匹配的

遍歷匹配沒啥好說的，我們重點看下第一件事，怎么獲取的所有構(gòu)造方法數(shù)組，也就是這個方法 privateGetDeclaredConstructors。

private Constructor<T>[] privateGetDeclaredConstructors(boolean publicOnly) {
    checkInitted();
    Constructor<T>[] res;    // 獲取緩存的 ReflectionData 數(shù)據(jù)
    ReflectionData<T> rd = reflectionData();    // 如果緩存中有 ReflectionData，就先看看 ReflectionData 中的 publicConstructors 或 declaredConstructors是否為空
    if (rd != null) {
        res = publicOnly ? rd.publicConstructors : rd.declaredConstructors;        if (res != null) return res;
    }    // 如果沒有緩存，或者緩存中構(gòu)造方法數(shù)組為空
    // No cached value available; request value from VM
    // 對接口類型的字節(jié)碼特殊處理
    if (isInterface()) {        @SuppressWarnings("unchecked")        // 如果是接口類型，那么生成一個長度為0的構(gòu)造方法數(shù)組
        Constructor<T>[] temporaryRes = (Constructor<T>[]) new Constructor<?>[0];
        res = temporaryRes;
    } else {        // 如果不是接口類型，就調(diào)用 getDeclaredConstructors0 獲取構(gòu)造方法數(shù)組
        res = getDeclaredConstructors0(publicOnly);
    }    // 獲取到構(gòu)造方法數(shù)組后，再賦值給緩存 ReflectionData 中的對應屬性
    if (rd != null) {        if (publicOnly) {
            rd.publicConstructors = res;
        } else {
            rd.declaredConstructors = res;
        }
    }    return res;
}復制代碼

上述代碼中我已經(jīng)對關(guān)鍵代碼進行了注釋，在講解整個流程之前，我們看到了一個陌生的類型 ReflectionData。它對應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是：

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;    // Value of classRedefinedCount when we created this ReflectionData instance
    final int redefinedCount;

    ReflectionData(int redefinedCount) {        this.redefinedCount = redefinedCount;
    }
}復制代碼

ReflectionData 這個類就是用來保存從虛擬機中獲取到的一些數(shù)據(jù)。同時我們可以看到所有反射屬性都使用了 volatile關(guān)鍵字修飾。

獲取緩存的 ReflectionData 數(shù)據(jù)是通過調(diào)用reflectionData()方法獲取的。

// 定義在 Class 類中的反射緩存對象private volatile transient SoftReference<ReflectionData<T>> reflectionData;private ReflectionData<T> reflectionData() {
    SoftReference<ReflectionData<T>> reflectionData = this.reflectionData;    int classRedefinedCount = this.classRedefinedCount;
    ReflectionData<T> rd;    if (useCaches &&
        reflectionData != null &&
        (rd = reflectionData.get()) != null &&
        rd.redefinedCount == classRedefinedCount) {        return rd;
    }    // else no SoftReference or cleared SoftReference or stale ReflectionData
    // -> create and replace new instance
    return newReflectionData(reflectionData, classRedefinedCount);
}復制代碼

我們可以看到 reflectionData實際上是一個軟引用，軟引用會在內(nèi)存不足的情況下被虛擬機回收，所以reflectionData()方法在開始的地方，先判斷了是否可以使用緩存以及緩存是否失效，如果失效了，就會調(diào)用 newReflectionData方法生成一個新的 ReflectionData 實例。

接下來看看 newReflectionData 方法。

private ReflectionData<T> newReflectionData(SoftReference<ReflectionData<T>> oldReflectionData,                                                int classRedefinedCount) {    // 如果不允許使用緩存，直接返回 null
    if (!useCaches) return null;	
    while (true) {
        ReflectionData<T> rd = new ReflectionData<>(classRedefinedCount);        // try to CAS it...
        if (Atomic.casReflectionData(this, oldReflectionData, new SoftReference<>(rd))) {            return rd;
        }        // else retry
        oldReflectionData = this.reflectionData;
        classRedefinedCount = this.classRedefinedCount;        if (oldReflectionData != null &&
            (rd = oldReflectionData.get()) != null &&
            rd.redefinedCount == classRedefinedCount) {            return rd;
        }
    }
}復制代碼

newReflectionData中使用 volatile + 死循環(huán) + CAS 機制保證線程安全。注意到這里的死循環(huán)每執(zhí)行一次都會構(gòu)造一個新的 ReflectionData 實例。

你可能會有疑問，Class 中 reflectionData屬性什么時候被賦值的，其實是封裝在Atomic.casReflectionData這個方法里了，他會檢測當前Class對象中的reflectionData是否與oldReflectionData相等，如果相等，就會把new SoftReference<>(rd)賦值給 reflectionData。

到現(xiàn)在為止，關(guān)于 ReflectionData的背景知識都介紹完了。我們再回到 privateGetDeclaredConstructors中看看獲取構(gòu)造方法的流程。

privateGetDeclaredConstructors流程圖

可以看到對于普通類，最終通過調(diào)用 getDeclaredConstructors0方法獲取的構(gòu)造方法列表。

private native Constructor<T>[] getDeclaredConstructors0(boolean publicOnly);復制代碼

這個方法是 native 的，具體邏輯在 jdk 源碼中。

在 native/java/lang/Class_getDeclaredConstructors0.c 文件中，

void getDeclaredConstructors0(Frame * frame){    // Frame 可以理解為調(diào)用native方法時，java層傳遞過來的數(shù)據(jù)的一種封裝
	LocalVars * vars = frame->localVars;
	Object * classObj = getLocalVarsThis(vars);    // 取得java方法的入?yún)?
	bool publicOnly = getLocalVarsBoolean(vars, 1);	uint16_t constructorsCount = 0;    // 獲取要查詢的類的 Class 對象
	Class * c = classObj->extra;    // 獲取這個類的所有構(gòu)造方法，且數(shù)量保存在 constructorsCount 中
	Method* * constructors = getClassConstructors(c, publicOnly, &constructorsCount);	// 獲取 java 方法調(diào)用所屬的 classLoader
	ClassLoader *  classLoader = frame->method->classMember.attachClass->classLoader;	// 拿到 Constructor 對應的 class 對象
	Class * constructorClass = loadClass(classLoader, "java/lang/reflect/Constructor");    //創(chuàng)建一個長度為 constructorsCount 的數(shù)組保存構(gòu)造方法
	Object * constructorArr = newArray(arrayClass(constructorClass), constructorsCount);

	pushOperandRef(frame->operandStack, constructorArr);	// 后面是具體的賦值邏輯。將native中的Method對象轉(zhuǎn)化為java層的Constructor對象
	if (constructorsCount > 0)
	{
		Thread * thread = frame->thread;
		Object* * constructorObjs = getObjectRefs(constructorArr);

		Method * constructorInitMethod = getClassConstructor(constructorClass, _constructorConstructorDescriptor);		for (uint16_t i = 0; i < constructorsCount; i++)
		{
			Method * constructor = constructors[i];

			Object * constructorObj = newObject(constructorClass);
			constructorObj->extra = constructor;
			constructorObjs[i] = constructorObj;

			OperandStack * ops = newOperandStack(9);
			pushOperandRef(ops, constructorObj);
			pushOperandRef(ops, classObj);
			pushOperandRef(ops, toClassArr(classLoader, methodParameterTypes(constructor), constructor->parsedDescriptor->parameterTypesCount));			if (constructor->exceptions != NULL)
				pushOperandRef(ops, toClassArr(classLoader, methodExceptionTypes(constructor), constructor->exceptions->number_of_exceptions));			else
				pushOperandRef(ops, toClassArr(classLoader, methodExceptionTypes(constructor), 0));
			pushOperandInt(ops, constructor->classMember.accessFlags);
			pushOperandInt(ops, 0);
			pushOperandRef(ops, getSignatureStr(classLoader, constructor->classMember.signature));         // signature
			pushOperandRef(ops, toByteArr(classLoader, constructor->classMember.annotationData, constructor->classMember.annotationDataLen));
			pushOperandRef(ops, toByteArr(classLoader, constructor->parameterAnnotationData, constructor->parameterAnnotationDataLen));


			Frame * shimFrame = newShimFrame(thread, ops);
			pushThreadFrame(thread, shimFrame);			// init constructorObj
			InvokeMethod(shimFrame, constructorInitMethod);
		}


	}
}復制代碼

從上面的邏輯，可以知道獲取構(gòu)造方法的核心方法是 getClassConstructors ，所在文件為 rtda/heap/class.c。

Method* * getClassConstructors(Class * self, bool publicOnly, uint16_t * constructorsCount){    // 分配大小為 sizeof(Method) 的長度為 methodsCount 的連續(xù)內(nèi)存地址，即數(shù)組
	Method* * constructors = calloc(self->methodsCount, sizeof(Method));
	*constructorsCount = 0;    // 在native 層，構(gòu)造方法和普通方法都存在 methods 中，逐一遍歷
	for (uint16_t i = 0; i < self->methodsCount; i++)
	{
		Method * method = self->methods + i;        // 判斷是否是構(gòu)造方法
		if (isMethodConstructor(method))
		{            // 檢查權(quán)限
			if (!publicOnly || isMethodPublic(method))
			{                // 符合條件的構(gòu)造方法依次存到數(shù)組中
				constructors[*constructorsCount] = method;
				(*constructorsCount)++;
			}
		}
	}	return constructors;
}復制代碼

可以看到getClassConstructors實際上就是對 methods 進行了一次過濾，過濾的條件為：1.是構(gòu)造方法；2.權(quán)限一致。

isMethodConstructor 方法的判斷邏輯也是十分簡單，不是靜態(tài)方法，而且方法名是<init>即可。

bool isMethodConstructor(Method * self){	return !isMethodStatic(self) && strcmp(self->classMember.name, "<init>") == 0;	
}復制代碼

所以核心的邏輯變成了Class中的 methods數(shù)組何時被初始化賦值的？我們刨根問底的追蹤下。

我們先找到類加載到虛擬機中的入口方法 loadNonArrayClass：

Class * loadNonArrayClass(ClassLoader * classLoader, const char * className){	int32_t classSize = 0;	char * classContent = NULL;
	Class * loadClass = NULL;
	classSize = readClass(className, &classContent);	if (classSize > 0 && classContent != NULL){#if 0
		printf("class size:%d,class data:[", classSize);		for (int32_t i = 0; i < classSize; i++)
		{			printf("0x%02x ", classContent[i]);
		}		printf("]\n");#endif
	}	if (classSize <= 0)
	{		printf("Could not found target class\n");		exit(127);
	}	// 解析字節(jié)碼文件
	loadClass = parseClassFile(classContent, classSize);
	loadClass->classLoader = classLoader;	// 加載
	defineClass(classLoader, loadClass);	// 鏈接
	linkClass(classLoader, loadClass);	//printf("[Loaded %s\n", loadClass->name);
	return loadClass;
}復制代碼

在 parseClassFile方法中，調(diào)用了newClass方法。

Class * parseClassFile(char * classContent, int32_t classSize){
	ClassFile * classFile = NULL;

	classFile = parseClassData(classContent, classSize);	return newClass(classFile);
}復制代碼

newClass方法在rtda/heap/class.c文件中。

Class * newClass(ClassFile * classFile){
	Class * c = calloc(1, sizeof(Class));
	c->accessFlags = classFile->accessFlags;
	c->sourceFile = getClassSourceFileName(classFile);
	newClassName(c, classFile);
	newSuperClassName(c, classFile);
	newInterfacesName(c, classFile);
	newConstantPool(c, classFile);
	newFields(c, classFile);
	newMethods(c, classFile);	return c;

}復制代碼

可以看到，在native層創(chuàng)建了一個Class對象，我們重點看newMethods(c, classFile)方法啊，這個方法定義在rtda/heap/method.c中。

Method * newMethods(struct Class * c, ClassFile * classFile){
	c->methodsCount = classFile->methodsCount;
	c->methods = NULL;	if (c->methodsCount == 0)		return NULL;

	c->methods = calloc(classFile->methodsCount, sizeof(Method));	for (uint16_t i = 0; i < c->methodsCount; i++)
	{		
		c->methods[i].classMember.attachClass = c;
		copyMethodInfo(&c->methods[i], &classFile->methods[i], classFile);
		copyAttributes(&c->methods[i], &classFile->methods[i], classFile);
		MethodDescriptor * md = parseMethodDescriptor(c->methods[i].classMember.descriptor);
		c->methods[i].parsedDescriptor = md;
		calcArgSlotCount(&c->methods[i]);		if (isMethodNative(&c->methods[i]))
		{
			injectCodeAttribute(&c->methods[i], md->returnType);
		}
	} 
	return NULL;
}復制代碼

上述代碼可以看出，實際上就是把ClassFile中解析到的方法逐一賦值給了 Class 對象的 methods 數(shù)組。

總算梳理清楚了，反射創(chuàng)建對象的調(diào)用鏈為：

loadClass -> loadNonArrayClass -> parseClassFile -> newMethods -> Class 的 methods數(shù)組

privateGetDeclaredConstructors -> getDeclaredConstructors0 -> getClassConstructors (過濾Class 的 methods數(shù)組)復制代碼

到目前為止，我們搞明白反射時如何找到對應的構(gòu)造方法的。下面我們來看 newInstance 方法。

(InnerClass) clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();復制代碼
public T newInstance(Object ... initargs)
        throws InstantiationException, IllegalAccessException,
               IllegalArgumentException, InvocationTargetException    {        // 構(gòu)造方法是否被重載了
        if (!override) {            if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
                Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();                // 檢查權(quán)限
                checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
            }
        }        // 枚舉類型報錯
        if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)            throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");        // ConstructorAccessor 是緩存的，如果為空，就去創(chuàng)建一個
        ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile
        if (ca == null) {            // 創(chuàng)建 ConstructorAccessor
            ca = acquireConstructorAccessor();
        }        @SuppressWarnings("unchecked")        // 使用 ConstructorAccessor 的 newInstance 構(gòu)造實例
        T inst = (T) ca.newInstance(initargs);        return inst;
    }復制代碼

接著看下 acquireConstructorAccessor 方法。

private ConstructorAccessor acquireConstructorAccessor() {    // First check to see if one has been created yet, and take it
    // if so.
    ConstructorAccessor tmp = null;    // 可以理解為緩存的對象
    if (root != null) tmp = root.getConstructorAccessor();    if (tmp != null) {
        constructorAccessor = tmp;
    } else {        // Otherwise fabricate one and propagate it up to the root
        // 生成一個 ConstructorAccessor，并緩存起來
        tmp = reflectionFactory.newConstructorAccessor(this);
        setConstructorAccessor(tmp);
    }    return tmp;
}復制代碼

繼續(xù)走到newConstructorAccessor方法。

public ConstructorAccessor newConstructorAccessor(Constructor<?> var1) {
        checkInitted();
        Class var2 = var1.getDeclaringClass();    // 如果是抽象類，報錯
    if (Modifier.isAbstract(var2.getModifiers())) {        return new InstantiationExceptionConstructorAccessorImpl((String)null);
    } 
    // 如果 Class 類報錯
    else if (var2 == Class.class) {        return new InstantiationExceptionConstructorAccessorImpl("Can not instantiate java.lang.Class");
    } 
    // 如果是 ConstructorAccessorImpl 的子類的話，返回 BootstrapConstructorAccessorImpl 
    else if (Reflection.isSubclassOf(var2, ConstructorAccessorImpl.class)) {        return new BootstrapConstructorAccessorImpl(var1);
    } 
    // 判斷 noInflation , 后面是判斷不是匿名類
    else if (noInflation && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(var1.getDeclaringClass())) {        return (new MethodAccessorGenerator()).generateConstructor(var1.getDeclaringClass(), var1.getParameterTypes(), var1.getExceptionTypes(), var1.getModifiers());
    } 
    // 使用 NativeConstructorAccessorImpl 來生成實例
    else {
        NativeConstructorAccessorImpl var3 = new NativeConstructorAccessorImpl(var1);
        DelegatingConstructorAccessorImpl var4 = new DelegatingConstructorAccessorImpl(var3);
        var3.setParent(var4);        return var4;
    }
}復制代碼

具體邏輯，在上述代碼中已經(jīng)注釋了。這里提一下 noInflation。

ReflectionFactory在執(zhí)行所有方法前會檢查下是否執(zhí)行過了checkInitted方法，這個方法會把noInflation的值和inflationThreshold從虛擬機的環(huán)境變量中讀取出來并賦值。

當noInflation 為 false而且不是匿名類時，就會使用MethodAccessorGenerator方式。否則就是用 NativeConstructorAccessorImpl的方式來生成。

默認noInflation 為false，所以我們先看native調(diào)用的方式。關(guān)注 NativeConstructorAccessorImpl類。

class NativeConstructorAccessorImpl extends ConstructorAccessorImpl {    private final Constructor<?> c;    private DelegatingConstructorAccessorImpl parent;    private int numInvocations;

    NativeConstructorAccessorImpl(Constructor<?> var1) {        this.c = var1;
    }    public Object newInstance(Object[] var1) throws InstantiationException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {        if (++this.numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold() && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(this.c.getDeclaringClass())) {
            ConstructorAccessorImpl var2 = (ConstructorAccessorImpl)(new MethodAccessorGenerator()).generateConstructor(this.c.getDeclaringClass(), this.c.getParameterTypes(), this.c.getExceptionTypes(), this.c.getModifiers());            this.parent.setDelegate(var2);
        }        return newInstance0(this.c, var1);
    }    void setParent(DelegatingConstructorAccessorImpl var1) {        this.parent = var1;
    }    private static native Object newInstance0(Constructor<?> var0, Object[] var1) throws InstantiationException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException;
}復制代碼

我們可以看到 NativeConstructorAccessorImpl 中維護了一個計數(shù)器numInvocations,在每次調(diào)用newInstance方法生成實例時，就會對計數(shù)器自增，當計數(shù)器超過ReflectionFactory.inflationThreshold()的閾值，默認為15，就會使用 ConstructorAccessorImpl替換 NativeConstructorAccessorImpl,后面就會直接調(diào)用MethodAccessorGenerator中的方法了。

我們先看看沒到達閾值前，會調(diào)用native方法 newInstance0,這個方法定義在native/sun/reflect/NativeConstructorAccessorImpl.c中，具體newInstance0的流程我就不分析了，大致邏輯是操作堆棧執(zhí)行方法。

然后我們再看看超過閾值后，執(zhí)行的是 MethodAccessorGenerator生成構(gòu)造器的方式。這種方式與newConstructorAccessor方法中noInflation 為 false的處理方式一樣。所以可以解釋為：java虛擬機在執(zhí)行反射操作時，如果同一操作執(zhí)行次數(shù)超過閾值，會從native生成實例的方式轉(zhuǎn)變?yōu)閖ava生成實例的方式。

MethodAccessorGenerator的MethodAccessorGenerator方法如下。

public ConstructorAccessor generateConstructor(Class<?> var1, Class<?>[] var2, Class<?>[] var3, int var4) {    return (ConstructorAccessor)this.generate(var1, "<init>", var2, Void.TYPE, var3, var4, true, false, (Class)null);
}復制代碼

繼續(xù)跟蹤下去可以發(fā)現(xiàn)，反射調(diào)用構(gòu)造方法實際上是動態(tài)編寫字節(jié)碼，并且在虛擬機中把編好的字節(jié)碼加載成一個Class，這個Class實際上是 ConstructorAccessorImpl 類型的，然后調(diào)用這個動態(tài)類的newInstance方法?；乜磩倓偽覀兪崂淼?code>newConstructorAccessor代碼，可以看到第三個邏輯：

// 如果是 ConstructorAccessorImpl 的子類的話，返回 BootstrapConstructorAccessorImpl else if (Reflection.isSubclassOf(var2, ConstructorAccessorImpl.class)) {    return new BootstrapConstructorAccessorImpl(var1);
} 
復制代碼

最終執(zhí)行的是 BootstrapConstructorAccessorImpl的newInstance方法。

class BootstrapConstructorAccessorImpl extends ConstructorAccessorImpl {    private final Constructor<?> constructor;

    BootstrapConstructorAccessorImpl(Constructor<?> var1) {        this.constructor = var1;
    }    public Object newInstance(Object[] var1) throws IllegalArgumentException, InvocationTargetException {        try {            return UnsafeFieldAccessorImpl.unsafe.allocateInstance(this.constructor.getDeclaringClass());
        } catch (InstantiationException var3) {            throw new InvocationTargetException(var3);
        }
    }
}復制代碼

最后是通過使用Unsafe類分配了一個實例。

反射帶來的問題

到現(xiàn)在為止，我們已經(jīng)把反射生成實例的所有流程都搞清楚了?；氐轿恼麻_頭的問題，我們現(xiàn)在反思下，反射性能低么？為什么？

  1. 反射調(diào)用過程中會產(chǎn)生大量的臨時對象，這些對象會占用內(nèi)存，可能會導致頻繁 gc，從而影響性能。
  2. 反射調(diào)用方法時會從方法數(shù)組中遍歷查找，并且會檢查可見性等操作會耗時。
  3. 反射在達到一定次數(shù)時，會動態(tài)編寫字節(jié)碼并加載到內(nèi)存中，這個字節(jié)碼沒有經(jīng)過編譯器優(yōu)化，也不能享受JIT優(yōu)化。
  4. 反射一般會涉及自動裝箱/拆箱和類型轉(zhuǎn)換，都會帶來一定的資源開銷。

在Android中，我們可以在某些情況下對反射進行優(yōu)化。舉個例子，EventBus 2.x 會在 register 方法運行時，遍歷所有方法找到回調(diào)方法；而EventBus 3.x 則在編譯期間，將所有回調(diào)方法的信息保存的自己定義的 SubscriberMethodInfo 中，這樣可以減少對運行時的性能影響。

感謝各位的閱讀！看完上述內(nèi)容，你們對Java反射原理是什么大概了解了嗎？希望文章內(nèi)容對大家有所幫助。如果想了解更多相關(guān)文章內(nèi)容，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。

網(wǎng)頁標題：Java反射原理是什么
文章URL：http://muchs.cn/article42/gjsjhc.html

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