总结篇(20)---反射

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#java #反射 #面试 #method

于 2020-12-20 22:32:37 首次发布

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本文介绍了Java反射的概念、原理、Method的获取与调用，以及反射的性能问题。反射可在运行时获取类的属性和方法，Method获取涉及缓存查找，调用根据次数切换实现版本。反射存在验证逻辑复杂、产生临时对象多等性能问题，但现代JVM运行快，不必过早优化。

反射概念：

是指程序在运行状态中，对于任意一个类，都可以知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用他的任意方法和属性。

 **代码示例**
    Class myclass = Class.forName("chb.test.reflect.Student");  
    Method m = myclass.getDeclaredMethod("mymethod",String.class);  
    m.invoke(myclass.newInstance(),"suncat");

带来的问题：

1）性能问题：使用反射会比直接代码执行慢，因为需要额外的步骤去解析类结构、查找方法或字段等。此外，JVM也无法对涉及反射的代码进行某些优化（如内联），这可能导致性能下降。

2）安全限制：反射可以绕过封装（Encapsulation），例如访问私有字段和方法，这可能会破坏类的封装性，导致潜在的安全风险。为了防止这种情况，安全管理器（Security Manager）可以被配置为限制反射的使用。

3）编译时类型检查缺失：由于反射是在运行时才确定要调用的方法或访问的字段，因此无法在编译期进行类型检查。这增加了运行时出现ClassCastException或其他异常的风险。

反射原理：

其实反射主要有两个主要的部分：Method的获取、Method的使用

一、Method的获取

getDeclaredMethod()方法中也主要就是通过searchMethods()来查找该class中声明的方法列表，如果找到相对应的Method,则复制一份出来。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）。

获取该class中声明的方法列表

       getDeclaredMethod的流程也就这样，那其中的该class中声明的方法列表是怎么实现的呢？

       它会通过privateGetDeclaredMethods()方法来获取，其内部实现是先利用reflectionData()方法去查找缓存中是否有该列表的缓存
       （用数据结构ReflectionData来缓存从JVM中读取类的属性数据。ReflectionData对象是SoftReference类型的，说明在内存紧张时可能会被回收。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）
（1）如果缓存中找到相应的列表，则直接返回结果。
（2）如果没找到，则从JVM中查找。
       （2-1）从JVM中查找会利用GetDeclaredMethod()方法。
（2-2）如果找到了，先缓存，后返回数据。
（2-3）如果没找到，则直接返回空。

二、Method的调用

在Method中invoke()方法中，有两个主要步骤：一是获取MethodAccessor对象；二是调用MethodAccessor对象的invoke（）方法。

1 . 获取MethodAccessor对象

           一开始methodAccessor为空，需要调用acquireMethodAccessor生成一个新的MethodAccessor对象。
           在acquireMethodAccessor方法中，会通过ReflectionFactory类的newMethodAccessor()方法创建一个实现了MethodAccessor接口的对象。
           ------------------------------------
           newMethodAccessor都会返回DelegatingMethodAccessorImpl对象，DelegatingMethodAccessorImpl对象就是一个代理对象，负责调用被代理对象delegate的invoke方法，其中delegate参数默认是NativeMethodAccessorImpl对象。
           ------------------------------------
           调用次数的不同会改变DelegatingMethodAccessorImpl所代理的对象：
           1）调用次数小于等于15次：如果该方法的累计调0.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；
           2）调用次数大于15：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。（改变DelegatingMethodAccessorImpl类中的代理对象）

2 . 调用MethodAccessor对象的invoke（）方法

       由于DelegatingMethodAccessorImpl对象内部实现是一个代理对象，被代理的对象是NativeMethodAccessorImpl(或者MethodAccessorImpl)对象。所以最终Method的invoke方法调用的是NativeMethodAccessorImpl(或者MethodAccessorImpl)对象invoke方法。
       ------------------------------------
           1）调用次数小于等于15，那么MethodAccessor会是NativeMethodAccessorImpl，即调用NativeMethodAccessorImpl#invoke（）方法
           2）调用次数大于15，那么MethodAccessor会是字节码组装而成的MethodAccessorImpl，即调用MethodAccessorImpl#invoke（）方法

           invoke()具体里面就是native语句，没必要深究下去。

备注：

关于为什么要分NativeMethodAccessorImpl和MethodAccessorImpl？

           一开始使用NativeMethodAccessorImpl，但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。
           为了发挥了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/解封装的所带来的性能损耗，因此使用拼装出的字节码可以直接以Java调用的形式MethodAccessorImpl实现反射。
           因此在已经创建了MethodAccessor的情况下，使用Java版本（MethodAccessorImpl）的实现会比native版本（NativeMethodAccessorImpl）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。

反射的性能问题

1）代码的验证防御逻辑过于复杂，本来这块验证时在链接阶段实现的，使用反射reflect时需要在运行时进行；
   2）产生过多的临时对象，影响GC的消耗；
   3）由于缺少上下文，导致不能进行更多的优化，如JIT；

       ---------------------------------------------
       备注：现代JVM已经运行的足够快，我们应该把主要重心放在复杂的代码逻辑上，而不是一开始就进行各种性能优化。

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