Java反射原理简析(转载)
Java的反射机制允许我们动态的调用某个对象的方法/构造函数、获取某个对象的属性等,而无需在编码时确定调用的对象。这种机制在我们常用的框架中也非常常见。
1.原理简介
Class actionClass=Class.forName(“MyClass”); Object action=actionClass.newInstance(); Method method = actionClass.getMethod(“myMethod”,null); method.invoke(action,null);
上面就是最常见的反射使用的例子,前两行实现了类的装载、链接和初始化(newInstance方法实际上也是使用反射调用了<init>方法),后两行实现了从class对象中获取到method对象然后执行反射调用。下面简单分析一下后两行的原理。
其实我们设想,上面的代码中,如果想要实现method.invoke(action,null)调用action对象的myMethod方法,只需要实现这样一个Method类即可:
Class Method{ public Object invoke(Object obj,Object[] param){ MyClass myClass=(MyClass)obj; return myClass.myMethod(); } }
反射的原理之一其实就是动态的生成类似于上述的字节码,加载到jvm中运行。
2.获取Method对象
首先来看一下Method对象是如何生成的:
Method copy() { Method res = new Method(clazz, name, parameterTypes, returnType, exceptionTypes, modifiers, slot, signature, annotations, parameterAnnotations, annotationDefault); res.root = this; res.methodAccessor = methodAccessor; return res; }
3.调用invoke()方法
获取到Method对象之后,调用invoke方法的流程如下:
可以看到,调用Method.invoke之后,会直接去调MethodAccessor.invoke。MethodAccessor就是上面提到的所有同名method共享的一个实例,由ReflectionFactory创建。创建机制采用了一种名为inflation的方式(JDK1.4之后):如果该方法的累计调用次数<=15,会创建出NativeMethodAccessorImpl,它的实现就是直接调用native方法实现反射;如果该方法的累计调用次数>15,会由java代码创建出字节码组装而成的MethodAccessorImpl。(是否采用inflation和15这个数字都可以在jvm参数中调整)
以调用MyClass.myMethod(String s)为例,生成出的MethodAccessorImpl字节码翻译成Java代码大致如下:
public class GeneratedMethodAccessor1 extends MethodAccessorImpl { public Object invoke(Object obj, Object[] args) throws Exception { try { MyClass target = (MyClass) obj; String arg0 = (String) args[0]; target.myMethod(arg0); } catch (Throwable t) { throw new InvocationTargetException(t); } } }
至于native方法的实现,由于比较深入本文就不探讨了,欢迎有兴趣的同学来补充。
4.性能
下面分析一下反射的性能相关的问题,以及为什么要有inflation这个机制。下图是我本地循环使用反射二十次的耗时(单位ns):
从变化趋势上看,第1次和第16次调用是最耗时的(初始化NativeMethodAccessorImpl和字节码拼装MethodAccessorImpl)。毕竟初始化是不可避免的,而native方式的初始化会更快,因此前几次的调用会采用native方法。
随着调用次数的增加,每次反射都使用JNI跨越native边界会对优化有阻碍作用,相对来说使用拼装出的字节码可以直接以Java调用的形式实现反射,发挥了JIT优化的作用,避免了JNI为了维护OopMap(HotSpot用来实现准确式GC的数据结构)进行封装/解封装的性能损耗。因此在已经创建了MethodAccessor的情况下,使用Java版本的实现会比native版本更快。所以当调用次数到达一定次数(15次)后,会切换成Java实现的版本,来优化未来可能的更频繁的反射调用。
转自: http://www.fanyilun.me/2015/10/29/Java%E5%8F%8D%E5%B0%84%E5%8E%9F%E7%90%86/
作者: Yilun Fan