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深入分析Java方法反射的实现原理

于2017-05-10由小牛君创建

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前段时间看了笨神的 从一起GC血案谈到反射原理一本,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

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

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

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:

其中reflectionData()方法实现如下:

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:

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:

通过unsafe.compareAndSwapObject方法重新设置reflectionData字段;

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:

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:

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:

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-Dsun.reflect.noInflation=true对这两个字段重新设置,而且只会设置一次;

如果noInflationfalse,方法newMethodAccessor都会返回DelegatingMethodAccessorImpl对象,DelegatingMethodAccessorImpl的类实现

其实,DelegatingMethodAccessorImpl对象就是一个代理对象,负责调用被代理对象delegateinvoke方法,其中delegate参数目前是NativeMethodAccessorImpl对象,所以最终Methodinvoke方法调用的是NativeMethodAccessorImpl对象invoke方法,实现如下:

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:

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

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。