浅谈Java反射的实现原理

从一段示例代码开始

Class clz = Class.forName("ClassA");
Object instance = clz.newInstance();
Method method = clz.getMethod("myMethod", String.class);
method.invoke(instance, "abc","efg");

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

<init>

方法），后两行实现了从class对象中获取到method对象然后执行反射调用。试想一下，如果

Method.invoke

方法内，动态拼接成如下代码，转化成JVM能运行的字节码，就可以实现反射调用了。

public Object invoke(Object obj, Object[] param){
MyClass instance=(MyClass)obj;
return instance.myMethod(param[0],param[1],...);
}

Class和Method对象

Class对象里维护着该类的所有Method，Field，Constructor的cache，这份cache也可以被称作根对象。每次getMethod获取到的Method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Method对象都要重新初始化，于是所有代表同一个方法的Method对象都共享着根对象的MethodAccessor，每一次创建都会调用根对象的copy方法复制一份：

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;
}

反射调用

public Object invoke(Object obj, Object... args)
throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,
InvocationTargetException
{
if (!override) {
if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);
}
}
MethodAccessor ma = methodAccessor;             // read volatile
if (ma == null) {
ma = acquireMethodAccessor();
}
return ma.invoke(obj, args);
}

调用Method.invoke之后，先进行访问权限检查，再获取MethodAccessor对象，并调用MethodAccessor.invoke方法。MethodAccessor被同名Method对象所共享，由ReflectionFactory创建。创建机制采用了一种名为inflation的方式（JDK1.4之后）：如果该方法的累计调用次数<=15，会创建出NativeMethodAccessorImpl，它的实现就是直接调用native方法实现反射；如果该方法的累计调用次数>15，会创建出由字节码组装而成的MethodAccessorImpl。（是否采用inflation和15这个数字都可以在jvm参数中调整）

那么以示例的反射调用

ClassA.myMethod(String,String)

为例，生成MethodAccessorImpl类的字节码对应成Java代码如下：

public class GeneratedMethodAccessor1 extends MethodAccessorImpl {
public Object invoke(Object obj, Object[] args)  throws Exception {
try {
MyClass target = (ClassA) obj;
String arg0 = (String) args[0];
String arg1 = (String) args[1];
target.myMethod(arg0,arg1);
} catch (Throwable t) {
throw new InvocationTargetException(t);
}
}
}

性能

通过JNI调用native方法初始化更快，但对优化有阻碍作用。随着调用次数的增多，使用拼装出的字节码可以直接以Java调用的方式来实现反射，发挥了JIT的优化作用。

那么为什么Java反射调用被普通的方法调用慢很多呢？我认为主要有以下三点原因：

因为接口的通用性，Java的invoke方法是传object和object[]数组的。基本类型参数需要装箱和拆箱，产生大量额外的对象和内存开销，频繁促发GC。

编译器难以对动态调用的代码提前做优化，比如方法内联。

反射需要按名检索类和方法，有一定的时间开销。

参考

http://www.fanyilun.me/2015/10/29/Java%E5%8F%8D%E5%B0%84%E5%8E%9F%E7%90%86/

http://rednaxelafx.iteye.com/blog/548536