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本文目錄 什么是Java反射，有什么用？ Java Class文件的結(jié)構(gòu) Java Class加載的過程 反射在native的實(shí)現(xiàn) 附錄 1、什么是Java反射，有什么用？ 反射使程序代碼能夠接入裝載到JVM中的類的內(nèi)部信息，允許在編寫與執(zhí)行時(shí)，而不是源代碼中選定的類協(xié)作的代碼，是以開發(fā)效率換運(yùn)行效率的一種手段。這使反射成為構(gòu)建靈活應(yīng)用的主要工具。 反射可以： 1、調(diào)用一些私有方法，實(shí)現(xiàn)黑科技。比如雙卡短信發(fā)送、設(shè)置狀態(tài)欄顏色、自動(dòng)掛電話等。 2、實(shí)現(xiàn)序列化與反序列化，比如PO的ORM，Json解析等。 3、實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)兼容，比如JDK中的SocketImpl的實(shí)現(xiàn) 4、通過xml或注解，實(shí)現(xiàn)依賴注入(DI)，注解處理，動(dòng)態(tài)代理，單元測試等功能。比如Retrofit、Spring或者Dagger 2、Java Class文件的結(jié)構(gòu) 在*.class文件中，以Byte流的形式進(jìn)行Class的存儲(chǔ)，通過一系列Load，Parse后，Java代碼實(shí)際上可以映射為下圖的結(jié)構(gòu)體，這里可以用javap命令或者IDE插件進(jìn)行查看。 typedef struct { u4 magic;/*0xCAFEBABE*/ u2 minor_version; /*網(wǎng)上有表可查*/ u2 major_version; /*網(wǎng)上有表可查*/ u2 constant_pool_count; cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; u2 access_flags; u2 this_class; u2 super_class; u2 interfaces_count; u2 interfaces[interfaces_count]; //重要 u2 fields_count; field_info fields[fields_count]; //重要 u2 methods_count; method_info methods[methods_count]; u2 attributes_count; attribute_info attributes[attributes_count]; }ClassBlock;
3. Java Class加載的過程 Class的加載主要分為兩步
3.1. Classloader加載過程 ClassLoader用于加載、連接、緩存Class，可以通過純Java或者native進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在JVM的native代碼中，ClassLoader內(nèi)部維護(hù)著一個(gè)線程安全的HashTable<String,Class>，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)Class字節(jié)流解碼后的緩存，如果HashTable中已經(jīng)有了緩存，則直接返回緩存；反之，在獲得類名后，通過讀取文件、網(wǎng)絡(luò)上的class字節(jié)流反序列化為JVM中native的C結(jié)構(gòu)體，接著malloc內(nèi)存，并將指針緩存在HashTable中。 下面是非數(shù)組情況下ClassLoader的流程
Class反序列化的流程
3.2. 初始化過程 當(dāng)ClassLoader加載Class結(jié)束后，將進(jìn)行Class的初始化操作。主要執(zhí)行<clinit()>的靜態(tài)代碼段與靜態(tài)變量（取決于源碼順序）。 public class Sample { //step.1 static int b = 2; //step.2 static { b = 3; } public static void main(String[] args) { Sample s = new Sample(); System.out.println(s.b); //b=3 } }
在完成初始化后，就是Object的構(gòu)造<init>了，本文暫不討論。 4. 反射在native的實(shí)現(xiàn) 反射在Java中可以直接調(diào)用，不過最終調(diào)用的仍是native方法，以下為主流反射操作的實(shí)現(xiàn)。 4.1. Class.forName的實(shí)現(xiàn) Class.forName可以通過包名尋找Class對(duì)象，比如Class.forName("java.lang.String")。 在JDK的源碼實(shí)現(xiàn)中，可以發(fā)現(xiàn)最終調(diào)用的是native方法forName0()，它在JVM中調(diào)用的實(shí)際是findClassFromClassLoader()，原理與ClassLoader的流程一樣，具體實(shí)現(xiàn)已經(jīng)在上面介紹過了。 4.2. getDeclaredFields的實(shí)現(xiàn) 在JDK源碼中，可以知道class.getDeclaredFields()方法實(shí)際調(diào)用的是native方法getDeclaredFields0()，它在JVM主要實(shí)現(xiàn)步驟如下
4.3. Method.invoke的實(shí)現(xiàn) 以下為無同步、無異常的情況下調(diào)用的步驟
4.4. class.newInstance的實(shí)現(xiàn)
5. 附錄 5.1. JVM與源碼閱讀工具的選擇 初次學(xué)習(xí)JVM時(shí)，不建議去看Android Art、Hotspot等重量級(jí)JVM的實(shí)現(xiàn)，它內(nèi)部的防御代碼很多，還有android與libcore、bionic庫緊密耦合，以及分層、內(nèi)聯(lián)甚至能把編譯器的語義分析繞進(jìn)去，因此找一個(gè)教學(xué)用的、嵌入式小型的JVM有利于節(jié)約自己的時(shí)間。因?yàn)橐郧罢垓v過OpenWrt，聽過有大神推薦過jamvm，只有不到200個(gè)源文件，非常適合學(xué)習(xí)。 在工具的選擇上，個(gè)人推薦SourceInsight。對(duì)比了好幾個(gè)工具clion，vscode，sublime，sourceinsight，只有sourceinsight對(duì)索引、符號(hào)表的解析最準(zhǔn)確。 5.2. 關(guān)于幾個(gè)ClassLoader 參考這里 ClassLoader0：native的classloader，在JVM中用C寫的，用于加載rt.jar的包，在Java中為空引用。 ExtClassLoader: 用于加載JDK中額外的包，一般不怎么用 AppClassLoader: 加載自己寫的或者引用的第三方包，這個(gè)最常見 例子如下 //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@4b67cf4d //which class you create or jars from thirdParty //第一個(gè)非常有歧義，但是它的確是AppClassLoader ClassLoader.getSystemClassLoader(); com.test.App.getClass().getClassLoader(); Class.forName("ccom.test.App").getClassLoader() //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66d3c617 //Class loaded in ext jar Class.forName("sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService") //null, class loaded in rt.jar String.class.getClassLoader() Class.forName("java.lang.String").getClassLoader() Class.forName("java.lang.Class").getClassLoader() Class.forName("apple.launcher.JavaAppLauncher").getClassLoader() 最后就是getContextClassLoader()，它在Tomcat中使用，通過設(shè)置一個(gè)臨時(shí)變量，可以向子類ClassLoader去加載，而不是委托給ParentClassLoader ClassLoader originalClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); try { Thread.currentThread().setContextClassLoader(getClass().getClassLoader()); // call some API that uses reflection without taking ClassLoader param } finally { Thread.currentThread().setContextClassLoader(originalClassLoader); } 最后還有一些自定義的ClassLoader，實(shí)現(xiàn)加密、壓縮、熱部署等功能，這個(gè)是大坑，晚點(diǎn)再開。 5.3. 反射是否慢？ 在Stackoverflow上認(rèn)為反射比較慢的程序員主要有如下看法
當(dāng)然，現(xiàn)代JVM也不是非常慢了，它能夠?qū)Ψ瓷浯a進(jìn)行緩存以及通過方法計(jì)數(shù)器同樣實(shí)現(xiàn)JIT優(yōu)化，所以反射不一定慢。 更重要的是，很多情況下，你自己的代碼才是限制程序的瓶頸。因此，在開發(fā)效率遠(yuǎn)大于運(yùn)行效率的的基礎(chǔ)上，大膽使用反射，放心開發(fā)吧。
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