反射

每个Java classjvm中都有一个对应对象描述。每个Java对象都有一个只想class的指针。反射的实质获取对象指向Class元数据描述的信息,详见java.lang.class类。反射通过class对类的描述可以获取类fieldmethod、包括匿名类和内部类等所有类定义的信息。下面详细介绍反射的实现:

 

1.先检查 AccessibleObjectoverride属性是否为true

AccessibleObjectMethod,Field,Constructor的父类,override属性默认为false,可调用setAccessible方法改变,如果设置为true,则表示可以忽略访问权限的限制,直接调用。

 

2.如果不是ture,则要进行访问权限检测。用ReflectionquickCheckMemberAccess方法先检查是不是public的,如果不是再用Reflection.getCallerClass(1)方法获

得到调用这个方法的Class,然后做是否有权限访问的校验,校验之后缓存一次,以便下次如果还是这个类来调用就不用去做校验了,直接用上次的结果,(很奇怪用这种方式缓存,因为这种方式如果下次换个类来调用的话,就不用会缓存了,而再验证一遍,把这次的结果做为缓存,但上一次的缓存结果就被冲掉了。这是一个很简单的缓冲机制,只适用于一个类的重复调用)

 

3.调用MethodAccessorinvoke方法。每个Method对象包含一个root对象,root对象里持有一个MethodAccessor对象。我们获得的Method独享相当于一个root对象的镜像,所有这类Method共享root里的MethodAccessor对象,(这个对象由ReflectionFactory方法生成,ReflectionFactory对象在Method类中是static final的由native方法实例化)

ReflectionFactory生成MethodAccessor:如果noInflation的属性为true则直接返回MethodAccessorGenerator创建的一个MethodAccessor

否则返回DelegatingMethodAccessorImpl,并将他与一个NativeMethodAccessorImpl互相引用。但DelegatingMethodAccessorImpl执行invoke方法的时候又委托给NativeMethodAccessorImpl了。

 

再一步深入

4.NativeMethodAccessorImplinvkoe方法:

调用natiave方法invoke0执行方法调用.

注意这里有一个计数器numInvocations,每调用一次方法+1,当比 ReflectionFactory.inflationThreshold(15)大的时候,MethodAccessorGenerator创建一个MethodAccessor,并把之前的DelegatingMethodAccessorImpl引用替换为现在新创建的。下一次DelegatingMethodAccessorImpl就不会再交给NativeMethodAccessorImpl执行了,而是交给新生成的java字节码的MethodAccessor

MethodAccessorGenerator使用了asm字节码动态加载技术,暂不深入研究。

 

总结 一个方法可以生成多个Method对象,但只有一个root对象,主要用于持有一个MethodAccessor对象,这个对象也可以认为一个方法只有一个,相当于是static的。因为Methodinvoke是交给MethodAccessor执行的,所以我所想要知道的答案在MethodAccessorinvoke中,深入MethodAccessor

 

 

 

 

注意到TestClassLoad类上不会有对类A的符号依赖——也就是说在加载并初始化TestClassLoad类时不需要关心类A的存在与否,而是等到main()方法执行到调用Class.forName()时才试图对类A做动态加载;这里用的是一个参数版的forName(),也就是使用当前方法所在类的ClassLoader来加载,并且初始化新加载的类。……好吧这个细节跟主题没啥关系。

回到主题。这次我的测试环境是SunJDK 1.6.0 update 13 build 03。编译上述代码,并在执行TestClassLoad时加入-XX:+TraceClassLoading参数(或者-verbose:class或者直接-verbose都行),如下:

控制台命令

java -XX:+TraTestClassLoad ceClassLoading

 

可以看到输出了一大堆log,把其中相关的部分截取出来如下:

 

 

 

可以看到前15次反射调用A.foo()方法并没有什么稀奇的地方,但在第16次反射调用时似乎有什么东西被触发了,导致JVM新加载了一堆类,其中就包括[Loaded sun.reflect.GeneratedMethodAccessor1 from __JVM_DefineClass__]这么一行。这是哪里来的呢?

先来看看JDKMethod.invoke()是怎么实现的。

java.lang.reflect.Method

 

 

 

可以看到Method.invoke()实际上并不是自己实现的反射调用逻辑,而是委托给sun.reflect.MethodAccessor来处理。

每个实际的Java方法只有一个对应的Method对象作为root,。这个root是不会暴露给用户的,而是每次在通过反射获取Method对象时新创建Method对象把root包装起来再给用户。在第一次调用一个实际Java方法对应得Method对象的invoke()方法之前,实现调用逻辑的MethodAccessor对象还没创建;等第一次调用时才新创建MethodAccessor并更新给root,然后调用MethodAccessor.invoke()真正完成反射调用。

 

那么MethodAccessor是啥呢?

sun.reflect.MethodAccessor

 

可以看到它只是一个单方法接口,其invoke()方法与Method.invoke()的对应。

创建MethodAccessor实例的是ReflectionFactory

sun.reflect.ReflectionFactory

 

 

 

 

这里就可以看到有趣的地方了。如注释所述,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,SunJDK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。

SunJDK是从1.4系开始采用这种优化的。

PS.可以在启动命令里加上-Dsun.reflect.noInflation=true,就会RefactionFactorynoInflation属性就变成true了,这样不用等到15调用后,程序一开始就会用java版的MethodAccessor了。

上面看到了ReflectionFactory.newMethodAccessor()生产MethodAccessor的逻辑,在"开头若干次"时用到的DelegatingMethodAccessorImpl代码如下:

sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl

 

 

这是一个间接层,方便在nativeJava版的MethodAccessor之间实现切换。

然后下面就是nativeMethodAccessorJava一侧的声明:

sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl

 

 

 

 

每次NativeMethodAccessorImpl.invoke()方法被调用时,都会增加一个调用次数计数器,看超过阈值没有;一旦超过,则调用MethodAccessorGenerator.generateMethod()来生成Java版的MethodAccessor的实现类,并且改变DelegatingMethodAccessorImpl所引用的MethodAccessorJava版。后续经由DelegatingMethodAccessorImpl.invoke()调用到的就是Java版的实现了。

注意到关键的invoke0()方法是个native方法。它在HotSpot VM里是由JVM_InvokeMethod()函数所支持的:

由C编写

 

 

其中的关键又是Reflection::invoke_method()

 

 

OpenJDK 6 build 17MethodAccessorGenerator。它的基本工作就是在内存里生成新的专用Java类,并将其加载。就贴这么一个方法:

 

去阅读源码的话,可以看到MethodAccessorGenerator是如何一点点把Java版的MethodAccessor实现类生产出来的。也可以看到GeneratedMethodAccessor+数字这种名字是从哪里来的了,就在上面的generateName()方法里。

对本文开头的例子的A.foo(),生成的JavaMethodAccessor大致如下:

 

 

就反射调用而言,这个invoke()方法非常干净(然而就"正常调用"而言这额外开销还是明显的)。注意到参数数组被拆开了,把每个参数都恢复到原本没有被Object[]包装前的样子,然后对目标方法做正常的invokevirtual调用。由于在生成代码时已经循环遍历过参数类型的数组,生成出来的代码里就不再包含循环了。

至此找到我的答案了,因为MethodAccessor会做强制类型转换再进行方法调用,但父类强制转化成子类的的时候就会报错类型不匹配错误了,所以如果变量的引用声明是父但实际指向的对象是子,那么这种调用也是可以的。

 

当该反射调用成为热点时,它甚至可以被内联到靠近Method.invoke()的一侧,大大降低了反射调用的开销。而native版的反射调用则无法被有效内联,因而调用开销无法随程序的运行而降低。

虽说SunJDK这种实现方式使得反射调用方法成本比以前降低了很多,但Method.invoke()本身要用数组包装参数;而且每次调用都必须检查方法的可见性(在Method.invoke()里),也必须检查每个实际参数与形式参数的类型匹配性(在NativeMethodAccessorImpl.invoke0()里或者生成的JavaMethodAccessor.invoke()里);而且Method.invoke()就像是个独木桥一样,各处的反射调用都要挤过去,在调用点上收集到的类型信息就会很乱,影响内联程序的判断,使得Method.invoke()自身难以被内联到调用方。

相比之下JDK7里新的MethodHandler则更有潜力,在其功能完全实现后能达到比普通反射调用方法更高的性能。在使用MethodHandle来做反射调用时,MethodHandle.invoke()的形式参数与返回值类型都是准确的,所以只需要在链接方法的时候才需要检查类型的匹配性,而不必在每次调用时都检查。而且MethodHandle是不可变值,在创建后其内部状态就不会再改变了;JVM可以利用这个知识而放心的对它做激进优化,例如将实际的调用目标内联到做反射调用的一侧。

本来Java的安全机制使得不同类之间不是任意信息都可见,但SunJDK里开了个口,有一个标记类专门用于开后门:

 

posted @ 2017-07-08 12:57  jiumao  阅读(182)  评论(0编辑  收藏  举报