Java-反射机制的核心原理

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0. 说明

由于最近被一个同学问到Java的反射，我给它讲了反射，可是发现，我只是讲了什么是反射，别人却说，反射的实现原理是啥，这才发现我答非所问。后来去网上查了资料，大部分都只是讲到反射的使用，关于原理的这部分，却很少涉及，这是又拿起了《深入理解Java虚拟机》，尝试从中找答案。

1. 概述

引述下百度百科关于反射的定义：Java反射机制就是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的属性和方法。对于任意一个对象能够调用它的任意一个属性和方法。这种动态获取的信息和动态调用对象的方法的功能称为Java语言的反射机制

关于反射，阿里的一位工程师总结为6个字: 自描述、自控制，

  • 自描述：通过反射动态获取类、属性、方法的信息 ；
  • 自控制：构建对象并控制对象的属性和行为

2. 实例

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public class T4 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException {
        Class clazz = Class.forName("test.T");  //test.t 这是类的全名 test是包名
        //Class clazz = test.T.class;
        Object object = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getMethod("hello");
        method.invoke(object);
    }
}
 
class T{
    public void hello(){
        System.out.println("hello world!");
    }
}
  • 这里只是演示了一个反射的简单使用实例，下文将针对这个实例做详细的解释

3. 核心概念

1. Class类

  • 在反射中有一个核心的类型，那就是Class类型，可以理解为Java中类的类型， 它是类的访问入口，也是反射的关键点，它是在类加载时创建，不能够显式创建，后面的类加载会详细讲到
  • java.lang.Class对象，它也是一个对象，也是Object的子类。获得Class对象，可以通过三种方式：
    • 通过类的全名:className.class：
    • 通过类的实例：t.getClass()，其中t为某个类的实例
    • 通过Class.forName()方法,参数为类的全名，见示例
  • 获得类的类类型（Class类型），是获得类的访问入口，才有后续的反射操作

2. 运行时状态

  • 对于对象的使用，我们的操作经常是这样的：T t = new T(),T为某个类名，运行步骤大体为：

  • 在Java中，程序中一般的对象的类型都是在编译器就确定下来，而Java反射机制可以动态的创建对象并调用其属性，即使这个对象的类型在编译器是未知的

  • 反射的核心就是JVM在运行时才动态加载类或者调用方法/访问属性。

3. 类加载

  • 类加载主要包括3个步骤：加载、连接（验证、准备、解析）、初始化；这里我们重点讨论加载过程：
  • 加载 是 类加载 （Class Loading）过程中的一个阶段，在加载阶段中，虚拟机需要完成以下三件事情：
    1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
    2. 将该字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
    3. 在内存（Java内存模型）中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口，Class对象比较特殊，它虽然是对象，但是存放在方法区里面
  • 这里生成的Class对象，对于反射而言，至关重要

4. 方法区

  • 方法区是Java运行时数据区的划分的一部分，它与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用来存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
  • 方法区存放着Class对象，它是反射的入口

4. 原理

  • 讲完了上面的核心概念，下面对反射的基本原理做一下总结：

    JVM在运行时通过类的全限定名、实例的getClass()方法等获取Class对象信息，然后从方法区中匹配到该类的Class对象，它保存了类的类型、方法信息，构造器、字段等。然后从Class对象中动态获取类信息或者构造类对象，完成反射过程

  • 以上为个人理解，如有错误，还望指出