【夯實Java基礎06】這可能是把Java反射寫的最詳細的一篇文章

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反射是框架設計的靈魂要素！

1. 反射是什么？

所謂的反射就是java語言在運行時擁有的一種自觀的能力,反射使您的程式代碼能夠得到裝載到JVM中的類的內部資訊,允許您執行程式時才得到需要類的內部資訊，而不是在撰寫代碼的時候就必須要知道所需類的內部資訊;也可以通俗的將這種動態獲取資訊以及動態呼叫物件的方法稱為Java的反射機制.

通過Java的反射機制,程式猿們可以更深入的控制程式的運行程序,如在程式運行時對用戶輸入的資訊進行驗證,還可以逆向控制程式的執行程序，這也使反射成為構建靈活的應用的主要工具，

2. 反射原理大決議

2.1 反射的常用類和函式

Java反射機制的實作要借助于4個類：

• Class 類物件
• Constructor 類的構造器物件
• Field 類的屬性物件
• Method 類的方法物件

2.2 Class 類包含的方法

通過這四個物件我們可以粗略的看到一個類的各個組成部分，其中最核心的就是Class類，它是實作反射的基礎，Class類包含的方法主要有：

2.3 反射的主要方法

應用反射時我們最關心的一般是一個類的構造器、屬性和方法，下面我們主要介紹Class類中針對這三個元素的方法:

2.3.1 得到構造器的方法

2.3.2 獲得欄位資訊的方法

2.3.3 獲得方法資訊的方法

2.4 反射實戰的基本步驟

Class actionClass=Class.forName(“MyClass”);
Object action=actionClass.newInstance();
Method method = actionClass.getMethod(“myMethod”,null);
method.invoke(action,null);

上面就是最常見的反射使用的例子，前兩行實作了類的裝載、鏈接和初始化（newInstance方法實際上也是使用反射呼叫了<init>方法），后兩行實作了從class物件中獲取到method物件然后執行反射呼叫，下面簡單分析一下該代碼的具體原理，

2.4.1 獲得類的Class物件

通常有三種不同的方法:
1）Class c = Class.forName(“java.lang.String”)
2）Class c = MyClass.class
3）對于基本資料型別可以用Class c = int.class 或 Class c = Integer.TYPE這樣的陳述句.

舉個小栗子：先通過反射機制得到某個類的構造器，然后呼叫該構造器創建該類的一個實體

PS：反射的原理之一其實就是動態的生成類似于上述的位元組碼，加載到jvm中運行，

設想一下，上面的代碼中，如果想要實作method.invoke(action,null)呼叫action物件的myMethod方法,只需要實作這樣一個Method類即可：

    Class Method{

        public Object invoke(Object obj,Object[] param){
    
            MyClass myClass=(MyClass)obj;
    
            return myClass.myMethod();
    
        }
    
    }

2.4.2 獲取 Method 物件

首先來看一下Method物件是如何生成的：
- 使用Method m =myclass.getMethod("myMethod")獲得了一個Class物件
- 接著對其進行判斷,如果沒有對應的cache,那么JVM就會為其創建一個并放入緩沖空間
- 處理器再判斷Cache中是否存在"myMethod"
- 如果沒有則回傳NoSuchMethodException
- 如果存在那么就Copy一份"myMethod"物件并回傳

上面的Class物件是在加載類時由JVM構造的，JVM為每個類管理一個獨一無二的Class物件，這份Class物件里維護著該類的所有Method，Field，Constructor的cache，這份cache也可以被稱作根物件，每次getMethod獲取到的Method物件都持有對根物件的參考，因為一些重量級的Method的成員變數（主要是MethodAccessor），我們不希望每次創建Method物件都要重新初始化，于是所有代表同一個方法的Method物件都共享著根物件的MethodAccessor，每一次創建都會呼叫根物件的copy方法復制一份：

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;
}

2.4.3 呼叫invoke()方法

獲取到Method物件之后，呼叫invoke方法的流程如下:

m.invoke(obj,param);

- 首先呼叫MethodAccess.invoke
- 如果該方法的累計呼叫次數<=15，會創建出NativeMethodAccessorImp
- 如果該方法的累計呼叫次數>15，會由java代碼創建出位元組碼組裝而成的MethodAccessorImpl

我們可以看到，呼叫Method.invoke之后，會直接去調MethodAccessor.invoke，MethodAccessor就是上面提到的所有同名method共享的一個實體，由ReflectionFactory創建，創建機制采用了一種名為inflation的方式（JDK1.4之后）：如果該方法的累計呼叫次數<=15，會創建出NativeMethodAccessorImpl，它的實作就是直接呼叫native方法實作反射；如果該方法的累計呼叫次數>15，會由java代碼創建出位元組碼組裝而成的MethodAccessorImpl，（是否采用inflation和15這個數字都可以在jvm引數中調整）

以呼叫MyClass.myMethod(String s)為例，生成出的MethodAccessorImpl位元組碼翻譯成Java代碼大致如下：

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);
        }
    }
}

通過對java運行程序的詳細分析，我們可以發現其中第1次和第16次呼叫是最耗時的(初始化NativeMethodAccessorImpl和位元組碼拼裝MethodAccessorImpl)，初始化不可避免，因而native方式的初始化會更快，所以前幾次的呼叫會采用native方法，

隨著呼叫次數的增加，每次反射都使用JNI跨越native邊界會對優化有阻礙作用，相對來說使用拼裝出的位元組碼可以直接以Java呼叫的形式實作反射，發揮了JIT優化的作用，避免了JNI為了維護OopMap（HotSpot用來實作準確式GC的資料結構）進行封裝/解封裝的性能損耗，

在已經創建了MethodAccessor的情況下，使用Java版本的實作會比native版本更快，所以當呼叫次數到達一定次數（15次）后，會切換成Java實作的版本，來優化未來可能的更頻繁的反射呼叫，

3. Java反射的應用(Hibernate框架)

前面我們已經知道，Java 反射機制提供了一種動態鏈接程式組件的多功能方法，它允許程式創建和控制任何類的物件(根據安全性限制)之前，無需提前硬編碼目標類，這些特性使得反射特別適用于創建以非常普通的方式與物件協作的庫，例如，反射經常在持續存盤物件為資料庫、XML或其它外部格式的框架中使用，下面就已Hibernate框架為例像大家闡述一下反射的重要意義，

Hibernate是一個屏蔽了JDBC，實作了ORM的java框架，利用該框架我們可以拋棄掉繁瑣的sql陳述句而是利用Hibernate中Session類的save()方法直接將某個類的物件存到資料庫當中,也就是所涉及到sql陳述句的那些代碼Hibernate幫我們做了，這時候就出現了一個問題,Hibernate怎樣知道他要存的某個物件都有什么屬性呢？這些屬性都是什么型別呢？想一想,它在向資料庫中存盤該物件屬性時的sql陳述句該怎么構造呢？OK,反射的作用此刻就體現出來了！

下面我們以一個例子來進行闡述，比如我們定義了一個User類，這個User類中有20個屬性和這些屬性的get和set方法，相應的在資料庫中有一個User表，這個User表中對應著20個欄位，假設我們從User表中提取了一條記錄，現在需要將這條記錄的20個欄位的內容分別賦給一個User物件myUser的20個屬性，而Hibernate框架在編譯的時候并不知道這個User類，他無法直接呼叫myUser.getXXX或者myUser.setXXX方法，此時就用到了反射，具體處理程序如下：

1. 根據查詢條件構造PreparedStament陳述句，該陳述句回傳20個欄位的值;

2. Hibernate通過讀取組態檔得到User類的屬性串列list(是一個String陣列)以及這些屬性的型別；

3. 創建myUser所屬類的Class物件c；c = myUser.getClass();

4. 構造一個for回圈，回圈的次數為list串列的長度;

   • 讀取list[i]的值，然后構造對應該屬性的set方法；

   • 判斷list[i]的型別XXX，呼叫PreparedStament陳述句中的getXXX(i)，進而得到i出欄位的值；

   • 將4.2中得到的值作為4.1中得到的set方法的引數，這樣就完成了一個欄位像一個屬性的賦值，如此回圈直至程式運行結束;

如果沒有反射難以想象實作這么復雜的功能將會有多么難！

話說回來,反射給我們帶來便利的同時也有它自身的缺點，比如性能較低、安全性較低、程序比較復雜等等，感興趣的讀者也可以在實際作業中再深入研究哦！

作者info

【作者】：武哥
【公眾號】：武哥聊編程，歡迎大家關注~
【作者簡介】：同濟大學，碩士，先后在華為、科大訊飛、拼多多采坑，一個自學 Java 的菜鳥，期待你的關注，

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