JVMリフレクション原理の技術ポイントを超詳しくまとめました~-＆＃＆ベース-php.cn

java Basics 今日のコラムでは、JVM リフレクションの原則の技術的なポイントの詳細な概要を紹介します。

リフレクション定義

1、JAVA リフレクションメカニズムは 実行状態です

任意の A についてクラスは、このクラスのすべてのプロパティとメソッドを知ることができます;

任意のオブジェクトに対して、そのメソッドとプロパティのいずれかを呼び出すことができます;

この種の動的に取得された情報と動的呼び出し関数オブジェクトのメソッドは、Java 言語のリフレクションメカニズムと呼ばれます。

リフレクションによって提供される関数:

実行時にオブジェクトが属するクラスを決定します。
実行時に任意のクラスのオブジェクトを構築します
実行時に任意のクラスのメンバー変数とメソッドを決定する
実行時に任意のオブジェクトのメソッドを呼び出す

(属性がプライベートの場合、通常は次のようになります)属性値の操作を外部に許可しないようにします。ここでは、Field クラスの setAccessible(true) メソッドを使用して、一時的に操作権限を開くことができます)

リフレクションの使用シナリオ

Java コーディング時にクラスやオブジェクトの固有情報がわかっていれば、この時点で反映せずに直接クラスやオブジェクトを操作できます
クラスの固有情報がわからない場合

リフレクションソースコード分析

サンプル API:

Class.forName("com.my.reflectTest").newInstance()复制代码

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1. クラスインスタンス Class を取得するためのリフレクション。 forName("xxx");

最初の呼び出し java.lang.Class の静的メソッドを使用してクラス情報を取得します。

注: クラス情報を取得するための forName() リフレクションは、実装を Java に任せるのではなく、ロードのために JVM に任せます。

主に、最初に CLASSLOADER を取得し、次に Native メソッドを呼び出して情報を取得します。ロードするクラスは、ClassLoader にクラスクラスにロードされます。

 @CallerSensitive
    public static Class<?> forName(String className)
                throws ClassNotFoundException {
        // 先通过反射，获取调用进来的类信息，从而获取当前的 classLoader
        Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
        // 调用native方法进行获取class信息
        return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
    }复制代码

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2. java.lang.ClassLoader-----loadClass()

// java.lang.ClassLoader
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        // 先获取锁
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            // 如果已经加载了的话，就不用再加载了
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    // 双亲委托加载
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
 
                // 父类没有加载到时，再自己加载
                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);
 
                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }
    
    protected Object getClassLoadingLock(String className) {
        Object lock = this;
        if (parallelLockMap != null) {
            // 使用 ConcurrentHashMap来保存锁
            Object newLock = new Object();
            lock = parallelLockMap.putIfAbsent(className, newLock);
            if (lock == null) {
                lock = newLock;
            }
        }
        return lock;
    }
    
    protected final Class<?> findLoadedClass(String name) {
        if (!checkName(name))
            return null;
        return findLoadedClass0(name);
    }复制代码

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3. newInstance()

newInstance() 其实相当于调用类的无参构造函数,主要做了三件事复制代码

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権限検出、例外を直接スローしない場合は、
#パラメータなしのコンストラクターを見つけてキャッシュします。
特定のパラメータなしのコンストラクターを呼び出します。メソッド Constructor メソッド、インスタンスを生成して戻り値;

// 首先肯定是 Class.newInstance
    @CallerSensitive
    public T newInstance()
        throws InstantiationException, IllegalAccessException
    {
        if (System.getSecurityManager() != null) {
            checkMemberAccess(Member.PUBLIC, Reflection.getCallerClass(), false);
        }
 
        // NOTE: the following code may not be strictly correct under
        // the current Java memory model.
 
        // Constructor lookup
        // newInstance() 其实相当于调用类的无参构造函数，所以，首先要找到其无参构造器
        if (cachedConstructor == null) {
            if (this == Class.class) {
                // 不允许调用 Class 的 newInstance() 方法
                throw new IllegalAccessException(
                    "Can not call newInstance() on the Class for java.lang.Class"
                );
            }
            try {
                // 获取无参构造器
                Class<?>[] empty = {};
                final Constructor<T> c = getConstructor0(empty, Member.DECLARED);
                // Disable accessibility checks on the constructor
                // since we have to do the security check here anyway
                // (the stack depth is wrong for the Constructor&#39;s
                // security check to work)
                java.security.AccessController.doPrivileged(
                    new java.security.PrivilegedAction<Void>() {
                        public Void run() {
                                c.setAccessible(true);
                                return null;
                            }
                        });
                cachedConstructor = c;
            } catch (NoSuchMethodException e) {
                throw (InstantiationException)
                    new InstantiationException(getName()).initCause(e);
            }
        }
        Constructor<T> tmpConstructor = cachedConstructor;
        // Security check (same as in java.lang.reflect.Constructor)
        int modifiers = tmpConstructor.getModifiers();
        if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(this, modifiers)) {
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
            if (newInstanceCallerCache != caller) {
                Reflection.ensureMemberAccess(caller, this, null, modifiers);
                newInstanceCallerCache = caller;
            }
        }
        // Run constructor
        try {
            // 调用无参构造器
            return tmpConstructor.newInstance((Object[])null);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            Unsafe.getUnsafe().throwException(e.getTargetException());
            // Not reached
            return null;
        }
    }复制代码

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4. getConstructor0() は一致するコンストラクターを取得することです; 3 つのステップ:

1. まずすべてのコンストラクターを取得します。次に、パラメータのタイプの比較を実行します。 2. 一致するものが見つかったら、ReflectionFactory を通じてコンストラクターのコピーをコピーし、それを返します。 3. それ以外の場合は、NoSuchMethodException をスローします;

private Constructor<T> getConstructor0(Class<?>[] parameterTypes,
                                        int which) throws NoSuchMethodException
    {
        // 获取所有构造器
        Constructor<T>[] constructors = privateGetDeclaredConstructors((which == Member.PUBLIC));
        for (Constructor<T> constructor : constructors) {
            if (arrayContentsEq(parameterTypes,
                                constructor.getParameterTypes())) {
                return getReflectionFactory().copyConstructor(constructor);
            }
        }
        throw new NoSuchMethodException(getName() + ".<init>" + argumentTypesToString(parameterTypes));
    }复制代码

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5. privateGetDeclaredConstructors()、コンストラクターのすべての主要ステップを取得します;

1. まずキャッシュから取得してみます。 2. キャッシュが存在しない場合は、jvm から取得してキャッシュに保存します。キャッシュはソフト参照を使用してメモリを保存し、メモリが利用可能であることを確認します。

// 获取当前类所有的构造方法，通过jvm或者缓存
    // Returns an array of "root" constructors. These Constructor
    // objects must NOT be propagated to the outside world, but must
    // instead be copied via ReflectionFactory.copyConstructor.
    private Constructor<T>[] privateGetDeclaredConstructors(boolean publicOnly) {
        checkInitted();
        Constructor<T>[] res;
        // 调用 reflectionData(), 获取保存的信息，使用软引用保存，从而使内存不够可以回收
        ReflectionData<T> rd = reflectionData();
        if (rd != null) {
            res = publicOnly ? rd.publicConstructors : rd.declaredConstructors;
            // 存在缓存，则直接返回
            if (res != null) return res;
        }
        // No cached value available; request value from VM
        if (isInterface()) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            Constructor<T>[] temporaryRes = (Constructor<T>[]) new Constructor<?>[0];
            res = temporaryRes;
        } else {
            // 使用native方法从jvm获取构造器
            res = getDeclaredConstructors0(publicOnly);
        }
        if (rd != null) {
            // 最后，将从jvm中读取的内容，存入缓存
            if (publicOnly) {
                rd.publicConstructors = res;
            } else {
                rd.declaredConstructors = res;
            }
        }
        return res;
    }
    
    // Lazily create and cache ReflectionData
    private ReflectionData<T> reflectionData() {
        SoftReference<ReflectionData<T>> reflectionData = this.reflectionData;
        int classRedefinedCount = this.classRedefinedCount;
        ReflectionData<T> rd;
        if (useCaches &&
            reflectionData != null &&
            (rd = reflectionData.get()) != null &&
            rd.redefinedCount == classRedefinedCount) {
            return rd;
        }
        // else no SoftReference or cleared SoftReference or stale ReflectionData
        // -> create and replace new instance
        return newReflectionData(reflectionData, classRedefinedCount);
    }
    
    // 新创建缓存，保存反射信息
    private ReflectionData<T> newReflectionData(SoftReference<ReflectionData<T>> oldReflectionData,
                                                int classRedefinedCount) {
        if (!useCaches) return null;
 
        // 使用cas保证更新的线程安全性，所以反射是保证线程安全的
        while (true) {
            ReflectionData<T> rd = new ReflectionData<>(classRedefinedCount);
            // try to CAS it...
            if (Atomic.casReflectionData(this, oldReflectionData, new SoftReference<>(rd))) {
                return rd;
            }
            // 先使用CAS更新，如果更新成功，则立即返回，否则测查当前已被其他线程更新的情况，如果和自己想要更新的状态一致，则也算是成功了
            oldReflectionData = this.reflectionData;
            classRedefinedCount = this.classRedefinedCount;
            if (oldReflectionData != null &&
                (rd = oldReflectionData.get()) != null &&
                rd.redefinedCount == classRedefinedCount) {
                return rd;
            }
        }
    }复制代码

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さらに、relationData を使用します。 () キャッシュストレージの場合、ReflectionData のデータ構造は次のようになります。

// reflection data that might get invalidated when JVM TI RedefineClasses() is called
    private static class ReflectionData<T> {
        volatile Field[] declaredFields;
        volatile Field[] publicFields;
        volatile Method[] declaredMethods;
        volatile Method[] publicMethods;
        volatile Constructor<T>[] declaredConstructors;
        volatile Constructor<T>[] publicConstructors;
        // Intermediate results for getFields and getMethods
        volatile Field[] declaredPublicFields;
        volatile Method[] declaredPublicMethods;
        volatile Class<?>[] interfaces;
 
        // Value of classRedefinedCount when we created this ReflectionData instance
        final int redefinedCount;
 
        ReflectionData(int redefinedCount) {
            this.redefinedCount = redefinedCount;
        }
    }复制代码

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6. 以上でコンストラクターが取得できました。次に、対応するコンストラクターの newInstance() を呼び出してインスタンスを返すだけです。

// return tmpConstructor.newInstance((Object[])null); 
    // java.lang.reflect.Constructor
    @CallerSensitive
    public T newInstance(Object ... initargs)
        throws InstantiationException, IllegalAccessException,
               IllegalArgumentException, InvocationTargetException
    {
        if (!override) {
            if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
                Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
                checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
            }
        }
        if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
            throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
        ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile
        if (ca == null) {
            ca = acquireConstructorAccessor();
        }
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
        return inst;
    }
    // sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl
    public Object newInstance(Object[] args)
      throws InstantiationException,
             IllegalArgumentException,
             InvocationTargetException
    {
        return delegate.newInstance(args);
    }
    // sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl
    public Object newInstance(Object[] args)
        throws InstantiationException,
               IllegalArgumentException,
               InvocationTargetException
    {
        // We can&#39;t inflate a constructor belonging to a vm-anonymous class
        // because that kind of class can&#39;t be referred to by name, hence can&#39;t
        // be found from the generated bytecode.
        if (++numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold()
                && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(c.getDeclaringClass())) {
            ConstructorAccessorImpl acc = (ConstructorAccessorImpl)
                new MethodAccessorGenerator().
                    generateConstructor(c.getDeclaringClass(),
                                        c.getParameterTypes(),
                                        c.getExceptionTypes(),
                                        c.getModifiers());
            parent.setDelegate(acc);
        }
 
        // 调用native方法，进行调用 constructor
        return newInstance0(c, args);
    }复制代码

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コンストラクターのインスタンスを返した後、外部環境に基づいて型変換を実行し、インターフェイスまたはメソッドを使用してインスタンス関数を呼び出すことができます。