Java反射原理简析

article/2025/9/21 3:39:03

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

类actionClass = Class.forName（“ MyClass”）;
对象action = actionClass.newInstance（）;
方法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方法），后两行实现了从类对象中获取到方法对象然后执行反射调用。下面简单分析一下后两行的原理。

其实我们预言，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方法类即可：

类方法{公共对象invoke（Object obj，Object [] param）{MyClass myClass =（MyClass）obj;返回myClass.myMethod（）;}}

反射的原理之一其实就是动态的生成上述的字节码，加载到jvm中运行。

2.获取方法对象

首先来看一下方法对象是如何生成的：

在这里插入图片描述

上面的类对象是在加载类时由JVM结构的，JVM为每个类管理一个独一无二的类对象，此类对象里维护着该该类的所有方法，字段，构造函数的缓存，这份缓存也可以被get根对象。每次getMethod获取到的方法对象都持有对根对象的引用，因为一些重量级的Method的成员变量（主要是MethodAccessor），我们不希望每次创建方法对象都要重新初始化，于是所有代表同一个方法的方法对象都共享着根对象的MethodAccessor，每一次创建都会调用根对象的副本方法复制一份：

方法copy（）{ 方法res =新方法（clazz，名称，parameterTypes，returnType，exceptionTypes，修饰符，广告位，签名，注释，parameterAnnotations，annotationDefault）;res.root =这个;res.methodAccessor = methodAccessor;返回资源；}

3.调用invoke（）方法

获取到方法对象之后，调用invoke方法的流程如下：

在这里插入图片描述
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方法共享的一个实例，由ReflectionFactory创建。 4之后）：如果该方法的累积调用次数<= 15，会创建出NativeMethodAccessorImpl，它的实现就是直接调用nativeMethod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（是否采用inflation和15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：

公共类GeneratedMethodAccessor1扩展了MethodAccessorImpl {    公共对象invoke（Object obj，Object [] args）引发异常{尝试{MyClass目标=（MyClass）obj;字符串arg0 =（String）args [0];target.myMethod（arg0）;} catch（Throwable t）{抛出新的InvocationTargetException（t）;}}
}

这样的native方法的实现，由于比较深入此处就不探讨了，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，以及为什么要有通货膨胀这个机制。下图是我本地循环使用反射二十次的耗时（单位ns）：
在这里插入图片描述
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）。然后初始化是替代的，而native方式的初始化会替代，因此前一次的调用会采用native方法。
随着调用次数的增加，每次反射都使用JNI跨越nativenative边界变量优化有干扰作用，相对来说使用拼写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实现实现准确式GC的数据结构）进行封装/解压缩封装的性能提高。因此在已经创建了MethodAccessor的情况下，使用Java版本的实现会因此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交替的反射调用。