java反射源码分析，思路超清晰 java反射源码分析，思路超清晰

参考：https://www.cnblogs.com/chanshuyi/p/head_first_of_reflection.html#%E5%8F%8D%E5%B0%84%E6%BA%90%E7%A0%81%E8%A7%A3%E6%9E%90
1、从哪里入手开始分析反射的实现原理？
例如现在有这么一个代码案例：
Person类：

public class Person {public String role(String role){ System.out.println("role: " + role); return role; }public String name(String name){ System.out.println("name: " + name); return name; } }

测试类：

public class Gener {public static void main(String[] args) { try { Class clazz = Class.forName("test.Person"); Method name = clazz.getMethod("name", String.class); Person person = (Person)clazz.newInstance(); String personName = (String)name.invoke(person, new String[]{"tony"}); System.out.println(personName); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }

我们以方法的反射为例进行分析：
这行代码作用是获取Method对象：
Method name = clazz.getMethod("role", String.class);
根据方法名和参数类型获取对应的Method对象

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private Method getMethod0(String name, Class[] parameterTypes, boolean includeStaticMethods) { MethodArray interfaceCandidates = new MethodArray(2); //获取方法的Method对象 Method res =privateGetMethodRecursive(name, parameterTypes, includeStaticMethods, interfaceCandidates); //如果不为null，说明从本类或者父类中获取到了root对象的拷贝对象，直接返回 if (res != null) return res; // Not found on class or superclass directly //能够执行到这里，也就说明了没有从本类以及父类中获取到目标方法的Method对象 interfaceCandidates.removeLessSpecifics(); //那么就从父接口返回的数组里查找，如果有，则返回Method对象，否则返回null return interfaceCandidates.getFirst(); // may be null }

getMethod0方法的逻辑：

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跟进privateGetMethodRecursive方法：

private Method privateGetMethodRecursive(String name, Class[] parameterTypes, boolean includeStaticMethods, MethodArray allInterfaceCandidates) {// Must _not_ return root methods Method res; // 先查找本类是否有这个方法 if ((res = searchMethods(privateGetDeclaredMethods(true), name, parameterTypes)) != null) { if (includeStaticMethods || !Modifier.isStatic(res.getModifiers())) return res; }//如果子类没有的话，再从它的父类中找是不是有这个方法 if (!isInterface()) { Class c = getSuperclass(); if (c != null) { if ((res = c.getMethod0(name, parameterTypes, true)) != null) { return res; } } } //如果子类和父类中都找不到，那么再从父接口中查找 Class[] interfaces = getInterfaces(); for (Class c : interfaces) if ((res = c.getMethod0(name, parameterTypes, false)) != null) allInterfaceCandidates.add(res); // 如果子类、父类和父接口中都找不到这个方法，那么就返回null return null; }

跟进privateGetDeclaredMethods方法看看：
我们先看下这个方法的注释，通过注释来了解方法的作用，注释翻译过来是：
这个方法返回一个Method的root对象数组。
数组里的这些root对象是不能被用户感知的，它们的作用是：被用于通过
ReflectionFactory.copyMethod方法创建root对象的副本对象。

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再来分析下这个方法的源码：

private Method[] privateGetDeclaredMethods(boolean publicOnly) { checkInitted(); Method[] res; //首先从缓存中拿数据，获取Method root，如果缓存不为空，则将缓存中满足 //条件的各个方法对应的Method root全部返回，以数组的形式 ReflectionData rd = reflectionData(); if (rd != null) { res = publicOnly ? rd.declaredPublicMethods : rd.declaredMethods; if (res != null) return res; } // No cached value available; request value from VM //如果缓存中没有满足条件的Method root数据 //向虚拟机请求获取本类中满足条件的所有方法的Method root //this表明是本类，getDeclaredMethods0(publicOnly)是个native方法， //publicOnly即为向虚拟机请求的方法的过滤条件，是不是只需要获取public的 res = Reflection.filterMethods(this, getDeclaredMethods0(publicOnly)); //从VM获取到数据后 if (rd != null) { //将获取到的数据添加到缓存 if (publicOnly) { rd.declaredPublicMethods = res; } else { rd.declaredMethods = res; } } //返回获取到的Method root return res; }

因为类中的每个方法所对应的Method对象最初都是向VM请求获得的，所以向VM请求获得的那些Method对象，就是类中方法所对应的Method root，即它们是各方法所对应的Method对象的根对象，后面最终展现给开发者看得到的对象其实是通过对这些root对象进行拷贝得到的副本Method对象。
上一步获取到Method root对象数组后，将这个数组作为searchMethods方法的参数，跟进searchMethods方法看下：
它的逻辑是遍历上一步获取到的Method数组，逐个比较它们的与目标方法的名称、参数类型以及返回值类型是否一致，如果存在一致的，则通过res引用指向这个Method root对象，这个Method root对象就是本类中这个方法所对应的根对象（直接向VM请求获得的）。
最后遍历完成后，比较res是否为null，如果为null，说明要反射的这个方法不存在，直接返回null，否则说明这个方法对应的Method root是存在的，由res引用指向着，然后调用getReflectionFactory().copyMethod(res)对这个方法所对应的Method root对象进行拷贝，得到这个root对象的副本对象，然后返回的是root对象的副本对象。

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我们再看下copyMethod方法的逻辑，看看是如何对root对象进行拷贝的：
我们可以看到在copyMethod方法里调用的是传入的root对象的copy()方法。

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继续跟进copy()方法里看下：

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Method copy() { // This routine enables sharing of MethodAccessor objects // among Method objects which refer to the same underlying // method in the VM. (All of this contortion is only necessary // because of the "accessibility" bit in AccessibleObject, // which implicitly requires that new java.lang.reflect // objects be fabricated for each reflective call on Class // objects.) //由于这个方法是root对象调用的，root对象是分支结构的第一层，即它本身 //就是根节点了，它上面没有节点的了，所以它的root属性必定是null //如果不是null，说明这个对象不是root根对象，就不允许作为被拷贝的对象 if (this.root != null) throw new IllegalArgumentException("Can not copy a non-root Method"); //因为root对象已经是一个存在的对象，现在是直接使用它的这些属性值来创建 //另一个对象，虽然对象地址不一样了，但是对象的属性值是一样的，所以我们说 //res是root对象的副本对象。 Method res = new Method(clazz, name, parameterTypes, returnType, exceptionTypes, modifiers, slot, signature, annotations, parameterAnnotations, annotationDefault); //创建了副本对象之后，因为它是由root对象拷贝而来的，所以将res的root引用 //指向this对象，即root对象。 res.root = this; // Might as well eagerly propagate this if already present //res的methodAccessor引用指向this，即root对象的methodAccessor对象。 res.methodAccessor = methodAccessor; //然后root对象的副本就已经创建好了，返回 return res; }

查看Method类的成员属性的话，我们可以看到有一个Method root属性。它的作用是
指向它的根节点，记录本Method对象是由哪个root根节点对象拷贝的。
关于Method类的root属性的含义我们可以看下官方注释：

// For sharing of MethodAccessors. This branching structure is // currently only two levels deep (i.e., one root Method and // potentially many Method objects pointing to it.) // // If this branching structure would ever contain cycles, deadlocks can // occur in annotation code.private Methodroot;

上面对root属性的注释翻译过来就是：
在Method类中声明一个Method类型的root属性的目的是为了共享methodAccessor对象。Method分支结构的层次目前只有两层，例如第一层是Method root，第二层则是从root拷贝出来的其他的Method对象，并且它们的root引用都指向第一层的root对象。
如果第一层的root对象与第二层的Method对象之间存在环形引用的话，可能会发生死锁。

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获取Method对象的流程分析完了之后我们获得了一个Method方法，然后通过调用它的invoke方法实现目标方法的调用，所以我们接着分析invoke方法的调用过程。
进入invoke方法：
先进行相关的权限检查。
然后判断ma是否为空，为空就创建一个MethodAccessor对象。
其中methodAccessor属性使用了volatile关键字修饰，保证了它对所有线程的可见性。
private volatile MethodAccessor methodAccessor;

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MethodAccessor是一个接口

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image.png MethodAccessor的实现类有3个

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image.png 然后MethodAccessorImpl又是DelegatingMethodAccessorImpl和NativeMethodAccessorImpl的父类

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这是创建MethodAccessor对象的逻辑，当前对象的root属性肯定不为null，因为当前对象是一个root对象的副本对象，在前面的创建副本对象流程中我们知道，创建完副本对象后会将副本对象的root属性指向root根节点Method对象，所以当前对象的root属性不为null，所以获取root中的MethodAccessor对象，但是root根节点对象的MethodAccessor一开始是null的，所以获取到的是null值，所以tmp!=null的逻辑就不通过了，所以就会调用newMethodAccessor方法创建MethodAccessor对象

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可以看到newMethodAccessor方法刚开始有个checkInitted()逻辑

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我们先看下checkInitted()的逻辑：
可以看到有获取两个系统属性的逻辑：
System.getProperty("sun.reflect.noInflation");
System.getProperty("sun.reflect.inflationThreshold");
sun.reflect.noInflation这个参数的作用是决定是否启用noinflation机制，ReflectionFactory.noInflation的默认值是false，即默认是有膨胀机制的。
所谓膨胀机制是指：一开始先使用native版本的MethodAccessor对象，等到native版本的调用次数达到sun.reflect.inflationThreshold所设定的阈值后，就会动态生成java版本的MethodAccessor对象来调用了。
而这个次数阈值就是通过sun.reflect.inflationThreshold这个系统参数设定的。
所以checkInitted()方法主要是获取用户设定的系统参数的值：sun.reflect.noInflation和sun.reflect.inflationThreshold。
如果用户没有设定，则使用默认值：
ReflectionFactory.noInflation=false
ReflectionFactory.inflationThreshold=15

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了解了newMethodAccessor方法的checkInitted()的逻辑后，我们再看下newMethodAccessor方法后面的逻辑：
创建NativeMethodAccessorImpl对象，然后把它作为参数传给DelegatingMethodAccessorImpl的构造方法，创建DelegatingMethodAccessorImpl对象

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根据DelegatingMethodAccessorImpl的构造方法逻辑：
this.setDelegate(var1);
从这里我们知道了，DelegatingMethodAccessorImpl里边还有一个MethodAccessorImpl对象引用，而且它的invoke方法逻辑是调用的MethodAccessorImpl对象引用所指向的对象的invoke方法。
根据这个线路：通过一个对象来调用另一个对象，且这两个对象中都定义了相同的方法，这不就是前面学过的典型的代理模式吗。
所以我们知道了DelegatingMethodAccessorImpl的身份是作为一个代理类的，且由于代理类的逻辑已经在源码中实现了，所以这是一个静态代理的典型应用。
根据前面创建DelegatingMethodAccessorImpl代理对象时的传参，我们知道它是将NativeMethodAccessorImpl对象传给了DelegatingMethodAccessorImpl，并且把它赋予了MethodAccessorImpl对象引用，也就是说默认情况下DelegatingMethodAccessorImpl一开始代理的是NativeMethodAccessorImpl类的对象。

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而NativeMethodAccessorImpl中有一个DelegatingMethodAccessorImpl parent属性，用于指向它被谁代理的。
因为在DelegatingMethodAccessorImpl类中有MethodAccessorImpl delegate属性，它表示被代理的对象，那么DelegatingMethodAccessorImpl与NativeMethodAccessorImpl的关系可以描述为：
DelegatingMethodAccessorImpl代理NativeMethodAccessorImpl，DelegatingMethodAccessorImpl里存储着它所代理的对象；
NativeMethodAccessorImpl被DelegatingMethodAccessorImpl代理，那么它里面存储着它所对应的代理对象。
numInvocations用于记录调用nativeMethodAccessorImpl对象的调用次数，它会与inflationThreshold进行比较，inflationThreshold的默认值是15。
刚开始调用的代理对象调用的是NativeMethodAccessorImpl类对象，当它的调用次数达到
inflationThreshold设定的阈值时就会动态创建一个java版本的目标对象。
然后NativeMethodAccessorImpl类对象通过它里边存储的代理对象引用parent找到了代理对象，并调用代理对象的setDelegate(var3)方法更改被它代理的对象引用：
this.parent.setDelegate(var3);
也就是说一开始调用的是nativeMethodAccessorImpl对象，根据判断逻辑是当调用次数达到16次（阈值默认是15次，超过15次，即在第16次就会动态创建java版本的目标对象）时就会动态创建java版本的目标对象，然后将java版本的对象作为新的被DelegatingMethodAccessorImpl代理的对象。
在第16次之后，即从第17次开始就不会再调用nativeMethodAccessorImpl对象的invoke方法了，而是调用的java版本的目标对象的invoke方法。

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如上所说，实际的MethodAccessor实现有两个版本：
一个是Java实现的，另一个是native code实现的。
Java实现的版本在初始化时需要较多时间，但长久来说性能较好；
native版本正好相反，启动时相对较快，但运行时间长了之后速度就比不过Java版了。
这是HotSpot的优化方式带来的性能特性，同时也是许多虚拟机的共同点：跨越native边界会对优化有阻碍作用，它就像个黑箱一样让虚拟机难以分析也将其内联，于是运行时间长了之后反而是托管版本的代码更快些。
为了权衡两个版本的性能，Sun的JDK使用了“inflation”的技巧：让Java方法在被反射调用时，开头若干次使用native版，等反射调用次数超过阈值时则生成一个专用的MethodAccessor实现类，生成其中的invoke()方法的字节码，以后对该Java方法的反射调用就会使用Java版。
可以在java启动命令里加上-Dsun.reflect.noInflation=true，就可以把RefactionFactory的noInflation属性设置为true了，这样不用等到15次调用后，程序一开始就会用java版的MethodAccessor了。这个分析在上面已经说过。
Sun的JDK是从1.4系开始采用这种优化的。
创建了MethodAccessor对象后，newMethodAccessor方法返回

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相当于1步骤执行完了，获得了MethodAccessor对象，然后接着执行setMethodAccessor(tmp)方法

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把刚才创建的MethodAccessor对象赋予当前Method对象的methodAccessor引用，并且判断当前Method对象的root属性是否为null，肯定不为null的，因为它指向了root根节点Method对象，所以也会把刚才创建的MethodAccessor对象赋予root根节点对象的methodAccessor属性。
然后我们的思路再回到Method对象的invoke方法

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获取到了MethodAccessor对象对象后，通过MethodAccessor对象来调用invoke方法，由于methodAccessor引用指向的是代理类DelegatingMethodAccessorImpl对象，所以实际上是调用DelegatingMethodAccessorImpl类的invoke方法，又由于DelegatingMethodAccessorImpl是代理类，实际上DelegatingMethodAccessorImpl的invoke方法调用的是被它代理的对象（native版本的或者java版本的）的invoke方法，最终才完成目标方法的调用。
当第一次创建了类的某个方法的Method对象副本后，后面想要再创建这个方法的Method对象以及调用invoke方法的流程就比较简单了：
因为第一次创建后，后面再创建的话，root方法会有缓存的，不需要再重新向VM请求了，直接从缓存拿到root对象。

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如果要反射的方法确实存在，则res肯定非null，则对root对象进行拷贝

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又会基于root根节点对象创建一个新的Method对象副本，且副本的root属性还是指向root根节点对象，由于前面已经创建过了副本，且创建了MethodAccessor对象，并且把MethodAccessor对象赋予了root根节点对象的methodAccessor引用，所以这里root根节点对象的methodAccessor引用不为null了，所以副本对象的methodAccessor引用直接初始化好了，全部指向第一次创建的MethodAccessor对象。

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因为新的副本对象的methodAccessor属性在前面创建的过程中已经被初始化了，指向了第一次创建的那个MethodAccessor对象，所以这里的methodAccessor属性是非null的了，所以不会再进入if语句块重新创建MethodAccessor对象，直接调用MethodAccessor对象的invoke方法。

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疑点解答：
为什么是第16次就会创建java版本的对象呢？

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根据这个判断逻辑，++this.numInvocations是先自增再与inflationThreshold阈值比较，所以结果是在第16次时，numInvocations的值才会大于inflationThreshold，才会执行if语句块。
If语句块执行结束后，还会最后一次nativeMethodAccessorImpl的invoke0方法。
所以，在所有的代理过程中，第16次所消耗的时间应该是最长的，因为它包括了动态生成java对象的过程以及调用nativeMethodAccessorImpl对象的invoke0方法的过程。
而在这之前和之后的代理中要么只调用nativeMethodAccessorImpl的invoke0方法，要么调用java版本对象的invoke方法。
为什么要全部副本对象以及root对象的methodAccessor引用都指向同一个MethodAccessor对象呢？或者说为什么所有返回给用户可见的Method对象都必须是root对象的副本对象呢？
我们上面分析说到，默认情况下，代理对象会先调用native版本的methodAccessor对象，当调用次数达到阈值后才会使用java版本的MethodAccessor对象。
如果我们每次创建的对象的methodAccessor属性不是指向第一次创建的MethodAccessor对象，那么每个新创建的副本对象都得重新创建属于自己的MethodAccessor对象对象，那么（在默认情况下）每个副本对象又得经历一遍【先调用native MethodAccessor对象，调用次数达到阈值后再改为调用java版本的MethodAccessor对象】，这样每个副本对象都得在native code和java code之间切换，性能损耗肯定更大，倒不如所有的副本对象都直接沿用之前已经创建好的MethodAccessor对象，这样就不需要每个副本对象都在native代码和java代码之间切换了，而是只需要当这唯一的一个MethodAccessor对象的native版本的调用次数达到阈值后切换为java版本的就行了，由于只有唯一的一个MethodAccessor对象，所以对于同一个类的同一个方法来说，最多只需要切换一次。
因为每次创建同一个方法的Method对象，既然是同一个方法的，那么这个对象的所有内容肯定应该是相同的，所以所有的Method对象都需要从它的root对象拷贝而得这个也是合理的设计，再者，通过设定root节点对象，当第一次创建了MethodAccessor对象后，就可以将其保存到root对象中，后续再创建新的对象副本时，就不需要重新创建MethodAccessor对象了，而是直接从root对象获取就行了，其目的也是上述所说的为了避免每个副本对象都需要经历从native MethodAccessor对象到java MethodAccessor对象的切换。
再者，前面也提到过，Method类的methodAccessor属性是被volatile属性修饰的。这说明什么呢？说明methodAccessor属性可能会被多线程共享，它的变化需要保证对其他线程可见，所以通过volatile修饰，通过这里也能间接反映出methodAccessor对象不会创建多份，而是只有一份，然后被所有创建了这个方法副本对象的线程共享。