建议收藏！超详细的JVM反射原理技术点总结

反射定义

1，JAVA反射机制是在运行状态中

对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；

对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；

这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。

反射提供的功能：

在运行时判断任意一个对象所属的类
在运行时构造任意一个类的对象
在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
在运行时调用任意一个对象的方法

（如果属性是private，正常情况下是不允许外界操作属性值，这里可以用Field类的setAccessible(true)方法，暂时打开操作的权限）

反射的使用场景

Java编码时知道类和对象的具体信息，此时直接对类和对象进行操作即可，无需反射
如果编码时不知道类或者对象的具体信息，此时应该使用反射来实现

反射源码解析

举例API ：

Class.forName("com.my.reflectTest").newInstance()

1. 反射获取类实例 Class.forName("xxx");

　　首先调用了 java.lang.Class 的静态方法，获取类信息！

注意：forName()反射获取类信息，并没有将实现留给了java,而是交给了jvm去加载！

主要是先获取 ClassLoader, 然后调用 native 方法，获取信息，加载类则是回调入参ClassLoader 进类加载！

 @CallerSensitive

    public static Class<?> forName(String className)

                throws ClassNotFoundException {

        // 先通过反射，获取调用进来的类信息，从而获取当前的 classLoader

        Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();

        // 调用native方法进行获取class信息

        return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);

    }

2. java.lang.ClassLoader-----loadClass()

// java.lang.ClassLoader

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)

        throws ClassNotFoundException

    {

        // 先获取锁

        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {

            // First, check if the class has already been loaded

            // 如果已经加载了的话，就不用再加载了

            Class<?> c = findLoadedClass(name);

            if (c == null) {

                long t0 = System.nanoTime();

                try {

                    // 双亲委托加载

                    if (parent != null) {

                        c = parent.loadClass(name, false);

                    } else {

                        c = findBootstrapClassOrNull(name);

                    }

                } catch (ClassNotFoundException e) {

                    // ClassNotFoundException thrown if class not found

                    // from the non-null parent class loader

                }

                // 父类没有加载到时，再自己加载

                if (c == null) {

                    // If still not found, then invoke findClass in order

                    // to find the class.

                    long t1 = System.nanoTime();

                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats

                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);

                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);

                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();

                }

            }

            if (resolve) {

                resolveClass(c);

            }

            return c;

        }

    }

    protected Object getClassLoadingLock(String className) {

        Object lock = this;

        if (parallelLockMap != null) {

            // 使用 ConcurrentHashMap来保存锁

            Object newLock = new Object();

            lock = parallelLockMap.putIfAbsent(className, newLock);

            if (lock == null) {

                lock = newLock;

            }

        }

        return lock;

    }

    protected final Class<?> findLoadedClass(String name) {

        if (!checkName(name))

            return null;

        return findLoadedClass0(name);

    }

3. newInstance()

newInstance() 其实相当于调用类的无参构造函数,主要做了三件事

权限检测，如果不通过直接抛出异常；
查找无参构造器，并将其缓存起来；
调用具体方法的无参构造方法，生成实例并返回；

// 首先肯定是 Class.newInstance

    @CallerSensitive

    public T newInstance()

        throws InstantiationException, IllegalAccessException

    {

        if (System.getSecurityManager() != null) {

            checkMemberAccess(Member.PUBLIC, Reflection.getCallerClass(), false);

        }

        // NOTE: the following code may not be strictly correct under

        // the current Java memory model.

        // Constructor lookup

        // newInstance() 其实相当于调用类的无参构造函数，所以，首先要找到其无参构造器

        if (cachedConstructor == null) {

            if (this == Class.class) {

                // 不允许调用 Class 的 newInstance() 方法

                throw new IllegalAccessException(

                    "Can not call newInstance() on the Class for java.lang.Class"

                );

            }

            try {

                // 获取无参构造器

                Class<?>[] empty = {};

                final Constructor<T> c = getConstructor0(empty, Member.DECLARED);

                // Disable accessibility checks on the constructor

                // since we have to do the security check here anyway

                // (the stack depth is wrong for the Constructor's

                // security check to work)

                java.security.AccessController.doPrivileged(

                    new java.security.PrivilegedAction<Void>() {

                        public Void run() {

                                c.setAccessible(true);

                                return null;

                            }

                        });

                cachedConstructor = c;

            } catch (NoSuchMethodException e) {

                throw (InstantiationException)

                    new InstantiationException(getName()).initCause(e);

            }

        }

        Constructor<T> tmpConstructor = cachedConstructor;

        // Security check (same as in java.lang.reflect.Constructor)

        int modifiers = tmpConstructor.getModifiers();

        if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(this, modifiers)) {

            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();

            if (newInstanceCallerCache != caller) {

                Reflection.ensureMemberAccess(caller, this, null, modifiers);

                newInstanceCallerCache = caller;

            }

        }

        // Run constructor

        try {

            // 调用无参构造器

            return tmpConstructor.newInstance((Object[])null);

        } catch (InvocationTargetException e) {

            Unsafe.getUnsafe().throwException(e.getTargetException());

            // Not reached

            return null;

        }

    }

4. getConstructor0() 为获取匹配的构造方器；分三步：

　　1. 先获取所有的constructors, 然后通过进行参数类型比较；

　　2. 找到匹配后，通过 ReflectionFactory copy一份constructor返回；

　　3. 否则抛出 NoSuchMethodException;

private Constructor<T> getConstructor0(Class<?>[] parameterTypes,

                                        int which) throws NoSuchMethodException

    {

        // 获取所有构造器

        Constructor<T>[] constructors = privateGetDeclaredConstructors((which == Member.PUBLIC));

        for (Constructor<T> constructor : constructors) {

            if (arrayContentsEq(parameterTypes,

                                constructor.getParameterTypes())) {

                return getReflectionFactory().copyConstructor(constructor);

            }

        }

        throw new NoSuchMethodException(getName() + ".<init>" + argumentTypesToString(parameterTypes));

    }

5. privateGetDeclaredConstructors(), 获取所有的构造器主要步骤；

　　1. 先尝试从缓存中获取；

　　2. 如果缓存没有，则从jvm中重新获取，并存入缓存，缓存使用软引用进行保存，保证内存可用；

// 获取当前类所有的构造方法，通过jvm或者缓存

    // Returns an array of "root" constructors. These Constructor

    // objects must NOT be propagated to the outside world, but must

    // instead be copied via ReflectionFactory.copyConstructor.

    private Constructor<T>[] privateGetDeclaredConstructors(boolean publicOnly) {

        checkInitted();

        Constructor<T>[] res;

        // 调用 reflectionData(), 获取保存的信息，使用软引用保存，从而使内存不够可以回收

        ReflectionData<T> rd = reflectionData();

        if (rd != null) {

            res = publicOnly ? rd.publicConstructors : rd.declaredConstructors;

            // 存在缓存，则直接返回

            if (res != null) return res;

        }

        // No cached value available; request value from VM

        if (isInterface()) {

            @SuppressWarnings("unchecked")

            Constructor<T>[] temporaryRes = (Constructor<T>[]) new Constructor<?>[0];

            res = temporaryRes;

        } else {

            // 使用native方法从jvm获取构造器

            res = getDeclaredConstructors0(publicOnly);

        }

        if (rd != null) {

            // 最后，将从jvm中读取的内容，存入缓存

            if (publicOnly) {

                rd.publicConstructors = res;

            } else {

                rd.declaredConstructors = res;

            }

        }

        return res;

    }

    // Lazily create and cache 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);

    }

    // 新创建缓存，保存反射信息

    private ReflectionData<T> newReflectionData(SoftReference<ReflectionData<T>> oldReflectionData,

                                                int classRedefinedCount) {

        if (!useCaches) return null;

        // 使用cas保证更新的线程安全性，所以反射是保证线程安全的

        while (true) {

            ReflectionData<T> rd = new ReflectionData<>(classRedefinedCount);

            // try to CAS it...

            if (Atomic.casReflectionData(this, oldReflectionData, new SoftReference<>(rd))) {

                return rd;

            }

            // 先使用CAS更新，如果更新成功，则立即返回，否则测查当前已被其他线程更新的情况，如果和自己想要更新的状态一致，则也算是成功了

            oldReflectionData = this.reflectionData;

            classRedefinedCount = this.classRedefinedCount;

            if (oldReflectionData != null &&

                (rd = oldReflectionData.get()) != null &&

                rd.redefinedCount == classRedefinedCount) {

                return rd;

            }

        }

    }

另外，使用 relactionData() 进行缓存保存；ReflectionData 的数据结构如下！

// reflection data that might get invalidated when JVM TI RedefineClasses() is called

    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;

        }

    }

6.通过上面，获取到 Constructor 了！接下来就只需调用其相应构造器的 newInstance()，即返回实例了！

// return tmpConstructor.newInstance((Object[])null);

    // java.lang.reflect.Constructor

    @CallerSensitive

    public T newInstance(Object ... initargs)

        throws InstantiationException, IllegalAccessException,

               IllegalArgumentException, InvocationTargetException

    {

        if (!override) {

            if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {

                Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();

                checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);

            }

        }

        if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)

            throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");

        ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile

        if (ca == null) {

            ca = acquireConstructorAccessor();

        }

        @SuppressWarnings("unchecked")

        T inst = (T) ca.newInstance(initargs);

        return inst;

    }

    // sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl

    public Object newInstance(Object[] args)

      throws InstantiationException,

             IllegalArgumentException,

             InvocationTargetException

    {

        return delegate.newInstance(args);

    }

    // sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl

    public Object newInstance(Object[] args)

        throws InstantiationException,

               IllegalArgumentException,

               InvocationTargetException

    {

        // We can't inflate a constructor belonging to a vm-anonymous class

        // because that kind of class can't be referred to by name, hence can't

        // be found from the generated bytecode.

        if (++numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold()

                && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(c.getDeclaringClass())) {

            ConstructorAccessorImpl acc = (ConstructorAccessorImpl)

                new MethodAccessorGenerator().

                    generateConstructor(c.getDeclaringClass(),

                                        c.getParameterTypes(),

                                        c.getExceptionTypes(),

                                        c.getModifiers());

            parent.setDelegate(acc);

        }

        // 调用native方法，进行调用 constructor

        return newInstance0(c, args);

    }

返回构造器的实例后，可以根据外部进行进行类型转换，从而使用接口或方法进行调用实例功能了。

总结

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巴特西