Java 리플렉션 속도에 대해 이야기해 보세요.
- coldplay.xixi앞으로
- 2020-08-28 16:50:022374검색
【관련 학습 추천: Java 기본 튜토리얼】
Reflection은 좋은가요, 나쁜가요?
Java의 Reflection에 대해 말하자면, 초보자는 Reflection의 다양한 고급 기능을 처음 접할 때 큰 설렘을 표현하는 경우가 많습니다. 반사가 필요하지 않은 일부 장면에서는 반사를 강제로 사용하여 "과시"할 수도 있습니다. 더 많은 경험을 가진 노인들은 성찰을 볼 때 영혼 속으로 세 가지 질문을 자주 던집니다. 왜 성찰을 사용합니까? 반성하면 성능이 저하되지 않나요? 이 문제를 해결할 다른 방법이 있나요?
그래서 오늘은 성찰이 성과에 얼마나 영향을 미치는지에 대해 심도 있게 논의해 보겠습니다. 그런데 왜 반사가 성능에 영향을 미치는지 살펴보겠습니다.
코딩 실험
특정 원리를 분석하기 전에 먼저 코드 작성과 실험을 통해 결론을 도출할 수 있습니다.
Reflection에는 인스턴스 생성, 변수 속성 가져오기/설정, 메서드 호출 등과 같은 다양한 유형의 작업이 포함될 수 있습니다. 간단히 생각해보면 인스턴스 생성이 다른 작업보다 성능에 더 큰 영향을 미친다고 판단하여 인스턴스 생성을 실험에 사용합니다.
다음 코드에서는 InnerClass 클래스를 정의하고 new 및 reflection을 사용하여 MAX_TIMES를 생성하는지 테스트합니다. > code> 인스턴스를 실행하고 경과 시간을 출력합니다. InnerClass，我们测试分别使用new和反射来生成 MAX_TIMES个实例，并打印出耗时时间。
public class MainActivity extends AppCompatActivity { private static final String TAG = "MainAc"; private final int MAX_TIMES = 100 * 1000; private InnerClass innerList[]; @Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
innerList = new InnerClass[MAX_TIMES]; long startTime = SystemClock.elapsedRealtime(); for (int i=0; i < MAX_TIMES; i++) {
innerList[i] = new InnerClass();
}
Log.e(TAG, "totalTime: " + (SystemClock.elapsedRealtime() - startTime)); long startTime2 = SystemClock.elapsedRealtime(); for (int i=0; i < MAX_TIMES; i++) {
innerList[i] = newInstanceByReflection();
}
Log.e(TAG, "totalTime2: " + (SystemClock.elapsedRealtime() - startTime2));
} public InnerClass newInstanceByReflection() {
Class clazz = InnerClass.class; try { return (InnerClass) clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
} return null;
} static class InnerClass {
}
}复制代码输出日志：
2020-03-19 22:34:49.738 2151-2151/? E/MainAc: totalTime: 15 2020-03-19 22:34:50.409 2151-2151/? E/MainAc: totalTime2: 670复制代码
使用反射生成 10万 个实例，耗时 670ms，明显高于直接使用 new关键字的 15ms，所以反射性能低。别急，这个结论总结的还有点早，我们将要生成的实例总数改为 1000个试试，输出日志：
2020-03-19 22:39:21.287 3641-3641/com.example.myapplication E/MainAc: totalTime: 2 2020-03-19 22:39:21.296 3641-3641/com.example.myapplication E/MainAc: totalTime2: 9复制代码
使用反射生成 1000 个实例，虽然需要9ms，高于new的 2ms，但是 9ms 和 2ms 的差距本身肉眼不可见，而且通常我们在业务中写的反射一般来说执行频率也未必会超过 1000 次，这种场景下，我们还能理直气壮地说反射性能很低么？
很显然，不能。
除了代码执行耗时，我们再看看反射对内存的影响。我们仍然以生成 10万 个实例为目标，对上述代码做略微改动，依次只保留 new 方式和反射方式，然后运行程序，观察内存占用情况。
使用 new 方式
使用反射
对比两图，我们可以看到第二张图中多了很多 Constructor和Class对象实例，这两部分占用的内存2.7M。因此，我们可以得出结论，反射会产生大量的临时对象，并且会占用额外内存空间。
刨根问底：反射原理是什么
我们以前面试验中反射生成实例的代码为入口。
首先回顾下虚拟机中类的生命周期：加载，连接（验证，准备，解析），初始化，使用，卸载。在加载的过程 中，虚拟机会把类的字节码转换成运行时数据结构，并保存在方法区，在内存中会生成一个代表这个类数据结构的 java.lang.Class 对象，后续访问这个类的数据结构就可以通过这个 Class 对象来访问。
public InnerClass newInstanceByReflection() { // 获取虚拟机中 InnerClass 类的 Class 对象
Class clazz = InnerClass.class; try { return (InnerClass) clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
} return null;
}复制代码代码中 clazz.getDeclaredConstructor() 用于获取类中定义的构造方法，由于我们没有显式定义构造方法，所以会返回编译器为我们自己生成的默认无参构造方法。
下面我们看下 getDeclaredConstructor是如何返回构造方法的。以下均以 jdk 1.8代码为源码。
@CallerSensitivepublic Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes)
throws NoSuchMethodException, SecurityException { // 权限检查
checkMemberAccess(Member.DECLARED, Reflection.getCallerClass(), true); return getConstructor0(parameterTypes, Member.DECLARED);
}复制代码getDeclaredConstructor 方法首先做了权限检查，然后直接调用 getConstructor0 方法。
private Constructor<T> getConstructor0(Class<?>[] parameterTypes, int which) throws NoSuchMethodException{ // privateGetDeclaredConstructors 方法是获取所有的构造方法数组
Constructor<T>[] constructors = privateGetDeclaredConstructors((which == Member.PUBLIC)); // 遍历所有的构造方法数组，根据传入的参数类型依次匹配，找到合适的构造方法后就会拷贝一份作为返回值
for (Constructor<T> constructor : constructors) { if (arrayContentsEq(parameterTypes,
constructor.getParameterTypes())) { // 拷贝构造方法
return getReflectionFactory().copyConstructor(constructor);
}
} // 没有找到的话，就抛出异常
throw new NoSuchMethodException(getName() + ".<init>" + argumentTypesToString(parameterTypes));
}复制代码getConstructor0 方法主要做了两件事：
- 获取所有构造方法组成的数组
- 遍历构造方法数组，找到匹配的
遍历匹配没啥好说的，我们重点看下第一件事，怎么获取的所有构造方法数组，也就是这个方法 privateGetDeclaredConstructors。
private Constructor<T>[] privateGetDeclaredConstructors(boolean publicOnly) {
checkInitted();
Constructor<T>[] res; // 获取缓存的 ReflectionData 数据
ReflectionData<T> rd = reflectionData(); // 如果缓存中有 ReflectionData，就先看看 ReflectionData 中的 publicConstructors 或 declaredConstructors是否为空
if (rd != null) {
res = publicOnly ? rd.publicConstructors : rd.declaredConstructors; if (res != null) return res;
} // 如果没有缓存，或者缓存中构造方法数组为空
// No cached value available; request value from VM
// 对接口类型的字节码特殊处理
if (isInterface()) { @SuppressWarnings("unchecked") // 如果是接口类型，那么生成一个长度为0的构造方法数组
Constructor<T>[] temporaryRes = (Constructor<T>[]) new Constructor<?>[0];
res = temporaryRes;
} else { // 如果不是接口类型，就调用 getDeclaredConstructors0 获取构造方法数组
res = getDeclaredConstructors0(publicOnly);
} // 获取到构造方法数组后，再赋值给缓存 ReflectionData 中的对应属性
if (rd != null) { if (publicOnly) {
rd.publicConstructors = res;
} else {
rd.declaredConstructors = res;
}
} return res;
}复制代码上述代码中我已经对关键代码进行了注释，在讲解整个流程之前，我们看到了一个陌生的类型 ReflectionData。它对应的数据结构是：
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ReflectionData 这个类就是用来保存从虚拟机中获取到的一些数据。同时我们可以看到所有反射属性都使用了 volatile关键字修饰。
获取缓存的 ReflectionData 数据是通过调用reflectionData()
// 定义在 Class 类中的反射缓存对象private volatile transient SoftReference<ReflectionData<T>> 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);
}复制代码출력 로그: 🎜private ReflectionData<T> newReflectionData(SoftReference<ReflectionData<T>> oldReflectionData, int classRedefinedCount) { // 如果不允许使用缓存，直接返回 null
if (!useCaches) return null;
while (true) {
ReflectionData<T> rd = new ReflectionData<>(classRedefinedCount); // try to CAS it...
if (Atomic.casReflectionData(this, oldReflectionData, new SoftReference<>(rd))) { return rd;
} // else retry
oldReflectionData = this.reflectionData;
classRedefinedCount = this.classRedefinedCount; if (oldReflectionData != null &&
(rd = oldReflectionData.get()) != null &&
rd.redefinedCount == classRedefinedCount) { return rd;
}
}
}复制代码🎜리플렉션을 사용하여 100,000개의 인스턴스를 생성하는 데 670ms가 소요됩니다. 이는 new 키워드를 직접 사용할 때의 15ms보다 훨씬 길어서 리플렉션 성능이 낮습니다. 걱정하지 마세요. 이 결론은 생성할 총 인스턴스 수를 1000으로 변경해 보겠습니다. 출력 로그는 다음과 같습니다. 🎜private native Constructor<T>[] getDeclaredConstructors0(boolean publicOnly);复制代码🎜 1000개의 인스턴스를 생성하려면 리플렉션을 사용하세요. 단, 9ms가 더 걸립니다.
new 2ms이지만 9ms와 2ms의 차이는 육안으로는 보이지 않으며 일반적으로 우리가 비즈니스에서 작성하는 리플렉션은 1,000회 이상 실행되지 않을 수 있습니다. 반사 성능이 아주 낮다는 건가요? 🎜🎜분명히 그렇지 않습니다. 🎜🎜코드를 실행하는 데 걸리는 시간 외에도 리플렉션이 메모리에 미치는 영향을 살펴보겠습니다. 우리는 여전히 100,000개의 인스턴스를 생성하는 것을 목표로 하고, new 메서드와 리플렉션 메서드만 순서대로 유지하면서 위 코드를 약간 변경한 다음 프로그램을 실행하여 메모리 사용량을 관찰합니다. 🎜새 메서드 사용🎜
Constructor 및 Class 개체 인스턴스가 있음을 알 수 있습니다. 이 두 부분은 2.7M의 메모리를 차지합니다. 따라서 리플렉션은 많은 수의 임시 개체를 생성하고 추가 메모리 공간을 차지한다는 결론을 내릴 수 있습니다. 🎜본질적으로 살펴보겠습니다. 반사의 원리는 무엇인가요? 🎜🎜이전 실험의 반사 생성 인스턴스 코드를 다음과 같이 사용합니다. 진입점. 🎜🎜먼저 가상 머신에서 클래스의 수명 주기인 로딩, 연결(검증, 준비, 구문 분석), 초기화, 사용 및 제거를 검토합니다. 로딩 과정에서 가상머신은 클래스의 바이트코드를 런타임 데이터 구조로 변환하여 메소드 영역에 저장한다. 메모리에는 이 클래스의 데이터 구조를 나타내는 java.lang.Class 객체가 생성된다. 이후에 이 클래스 객체를 통해 데이터 구조에 액세스할 수 있습니다. 🎜void getDeclaredConstructors0(Frame * frame){ // Frame 可以理解为调用native方法时，java层传递过来的数据的一种封装
LocalVars * vars = frame->localVars;
Object * classObj = getLocalVarsThis(vars); // 取得java方法的入参
bool publicOnly = getLocalVarsBoolean(vars, 1); uint16_t constructorsCount = 0; // 获取要查询的类的 Class 对象
Class * c = classObj->extra; // 获取这个类的所有构造方法，且数量保存在 constructorsCount 中
Method* * constructors = getClassConstructors(c, publicOnly, &constructorsCount); // 获取 java 方法调用所属的 classLoader
ClassLoader * classLoader = frame->method->classMember.attachClass->classLoader; // 拿到 Constructor 对应的 class 对象
Class * constructorClass = loadClass(classLoader, "java/lang/reflect/Constructor"); //创建一个长度为 constructorsCount 的数组保存构造方法
Object * constructorArr = newArray(arrayClass(constructorClass), constructorsCount);
pushOperandRef(frame->operandStack, constructorArr); // 后面是具体的赋值逻辑。将native中的Method对象转化为java层的Constructor对象
if (constructorsCount > 0)
{
Thread * thread = frame->thread;
Object* * constructorObjs = getObjectRefs(constructorArr);
Method * constructorInitMethod = getClassConstructor(constructorClass, _constructorConstructorDescriptor); for (uint16_t i = 0; i < constructorsCount; i++)
{
Method * constructor = constructors[i];
Object * constructorObj = newObject(constructorClass);
constructorObj->extra = constructor;
constructorObjs[i] = constructorObj;
OperandStack * ops = newOperandStack(9);
pushOperandRef(ops, constructorObj);
pushOperandRef(ops, classObj);
pushOperandRef(ops, toClassArr(classLoader, methodParameterTypes(constructor), constructor->parsedDescriptor->parameterTypesCount)); if (constructor->exceptions != NULL)
pushOperandRef(ops, toClassArr(classLoader, methodExceptionTypes(constructor), constructor->exceptions->number_of_exceptions)); else
pushOperandRef(ops, toClassArr(classLoader, methodExceptionTypes(constructor), 0));
pushOperandInt(ops, constructor->classMember.accessFlags);
pushOperandInt(ops, 0);
pushOperandRef(ops, getSignatureStr(classLoader, constructor->classMember.signature)); // signature
pushOperandRef(ops, toByteArr(classLoader, constructor->classMember.annotationData, constructor->classMember.annotationDataLen));
pushOperandRef(ops, toByteArr(classLoader, constructor->parameterAnnotationData, constructor->parameterAnnotationDataLen));
Frame * shimFrame = newShimFrame(thread, ops);
pushThreadFrame(thread, shimFrame); // init constructorObj
InvokeMethod(shimFrame, constructorInitMethod);
}
}
}复制代码🎜코드에서는 클래스에 정의된 생성자 메서드를 가져오는 데 clazz.getDeclaredConstructor()를 사용합니다. 생성자 메서드를 명시적으로 정의하지 않으므로 인수가 없는 기본 생성자를 반환합니다. 컴파일러가 스스로 생성한 메소드입니다. 🎜🎜 getDeclaredConstructor가 생성자를 어떻게 반환하는지 살펴보겠습니다. 다음은 모두 jdk 1.8 코드를 소스코드로 기반으로 한 것입니다. 🎜Method* * getClassConstructors(Class * self, bool publicOnly, uint16_t * constructorsCount){ // 分配大小为 sizeof(Method) 的长度为 methodsCount 的连续内存地址，即数组
Method* * constructors = calloc(self->methodsCount, sizeof(Method));
*constructorsCount = 0; // 在native 层，构造方法和普通方法都存在 methods 中，逐一遍历
for (uint16_t i = 0; i < self->methodsCount; i++)
{
Method * method = self->methods + i; // 判断是否是构造方法
if (isMethodConstructor(method))
{ // 检查权限
if (!publicOnly || isMethodPublic(method))
{ // 符合条件的构造方法依次存到数组中
constructors[*constructorsCount] = method;
(*constructorsCount)++;
}
}
} return constructors;
}复制代码🎜getDeclaredConstructor 메서드는 먼저 권한을 확인한 다음 getConstructor0 메서드를 직접 호출합니다. 🎜bool isMethodConstructor(Method * self){ return !isMethodStatic(self) && strcmp(self->classMember.name, "<init>") == 0;
}复制代码🎜getConstructor0 이 메소드는 주로 두 가지 작업을 수행합니다: 🎜
- 모든 구성 메소드로 구성된 배열 가져오기
- 구성 메소드 배열을 탐색하고 일치하는 항목 찾기 one
li>
🎜순회 일치에 대해서는 말할 것이 없습니다. 먼저 모든 생성자의 배열을 얻는 방법인 privateGetDeclaredConstructors 메서드에 집중하겠습니다. 🎜Class * loadNonArrayClass(ClassLoader * classLoader, const char * className){ int32_t classSize = 0; char * classContent = NULL;
Class * loadClass = NULL;
classSize = readClass(className, &classContent); if (classSize > 0 && classContent != NULL){#if 0
printf("class size:%d,class data:[", classSize); for (int32_t i = 0; i < classSize; i++)
{ printf("0x%02x ", classContent[i]);
} printf("]\n");#endif
} if (classSize <= 0)
{ printf("Could not found target class\n"); exit(127);
} // 解析字节码文件
loadClass = parseClassFile(classContent, classSize);
loadClass->classLoader = classLoader; // 加载
defineClass(classLoader, loadClass); // 链接
linkClass(classLoader, loadClass); //printf("[Loaded %s\n", loadClass->name);
return loadClass;
}复制代码🎜위 코드에 키코드를 주석으로 달았는데, 전체 과정을 설명하기 전에, 우리는 생소한 유형의 ReflectionData를 보았습니다. 해당 데이터 구조는 다음과 같습니다. 🎜Class * parseClassFile(char * classContent, int32_t classSize){
ClassFile * classFile = NULL;
classFile = parseClassData(classContent, classSize); return newClass(classFile);
}复制代码🎜ReflectionData 이 클래스는 가상 머신에서 얻은 일부 데이터를 저장하는 데 사용됩니다. 동시에 모든 반사 속성이 휘발성 키워드로 수정되는 것을 볼 수 있습니다. 🎜🎜reflectionData() 메서드를 호출하여 캐시된 ReflectionData 데이터를 가져옵니다. 🎜// 定义在 Class 类中的反射缓存对象private volatile transient SoftReference<ReflectionData<T>> 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);
}复制代码
我们可以看到 reflectionData实际上是一个软引用，软引用会在内存不足的情况下被虚拟机回收，所以reflectionData()方法在开始的地方，先判断了是否可以使用缓存以及缓存是否失效，如果失效了，就会调用 newReflectionData方法生成一个新的 ReflectionData 实例。
接下来看看 newReflectionData 方法。
private ReflectionData<T> newReflectionData(SoftReference<ReflectionData<T>> oldReflectionData, int classRedefinedCount) { // 如果不允许使用缓存，直接返回 null
if (!useCaches) return null;
while (true) {
ReflectionData<T> rd = new ReflectionData<>(classRedefinedCount); // try to CAS it...
if (Atomic.casReflectionData(this, oldReflectionData, new SoftReference<>(rd))) { return rd;
} // else retry
oldReflectionData = this.reflectionData;
classRedefinedCount = this.classRedefinedCount; if (oldReflectionData != null &&
(rd = oldReflectionData.get()) != null &&
rd.redefinedCount == classRedefinedCount) { return rd;
}
}
}复制代码newReflectionData中使用 volatile + 死循环 + CAS 机制 保证线程安全。注意到这里的死循环每执行一次都会构造一个新的 ReflectionData 实例。
你可能会有疑问，Class 中 reflectionData属性什么时候被赋值的，其实是封装在Atomic.casReflectionData这个方法里了，他会检测当前Class对象中的reflectionData是否与oldReflectionData相等，如果相等，就会把new SoftReferencea8093152e673feb7aba1828c43532094(rd)赋值给 reflectionData。
到现在为止，关于 ReflectionData的背景知识都介绍完了。我们再回到 privateGetDeclaredConstructors中看看获取构造方法的流程。
privateGetDeclaredConstructors流程图
可以看到对于普通类，最终通过调用 getDeclaredConstructors0方法获取的构造方法列表。
private native Constructor<T>[] getDeclaredConstructors0(boolean publicOnly);复制代码
这个方法是 native 的，具体逻辑在 jdk 源码中。
在 native/java/lang/Class_getDeclaredConstructors0.c 文件中，
void getDeclaredConstructors0(Frame * frame){ // Frame 可以理解为调用native方法时，java层传递过来的数据的一种封装
LocalVars * vars = frame->localVars;
Object * classObj = getLocalVarsThis(vars); // 取得java方法的入参
bool publicOnly = getLocalVarsBoolean(vars, 1); uint16_t constructorsCount = 0; // 获取要查询的类的 Class 对象
Class * c = classObj->extra; // 获取这个类的所有构造方法，且数量保存在 constructorsCount 中
Method* * constructors = getClassConstructors(c, publicOnly, &constructorsCount); // 获取 java 方法调用所属的 classLoader
ClassLoader * classLoader = frame->method->classMember.attachClass->classLoader; // 拿到 Constructor 对应的 class 对象
Class * constructorClass = loadClass(classLoader, "java/lang/reflect/Constructor"); //创建一个长度为 constructorsCount 的数组保存构造方法
Object * constructorArr = newArray(arrayClass(constructorClass), constructorsCount);
pushOperandRef(frame->operandStack, constructorArr); // 后面是具体的赋值逻辑。将native中的Method对象转化为java层的Constructor对象
if (constructorsCount > 0)
{
Thread * thread = frame->thread;
Object* * constructorObjs = getObjectRefs(constructorArr);
Method * constructorInitMethod = getClassConstructor(constructorClass, _constructorConstructorDescriptor); for (uint16_t i = 0; i < constructorsCount; i++)
{
Method * constructor = constructors[i];
Object * constructorObj = newObject(constructorClass);
constructorObj->extra = constructor;
constructorObjs[i] = constructorObj;
OperandStack * ops = newOperandStack(9);
pushOperandRef(ops, constructorObj);
pushOperandRef(ops, classObj);
pushOperandRef(ops, toClassArr(classLoader, methodParameterTypes(constructor), constructor->parsedDescriptor->parameterTypesCount)); if (constructor->exceptions != NULL)
pushOperandRef(ops, toClassArr(classLoader, methodExceptionTypes(constructor), constructor->exceptions->number_of_exceptions)); else
pushOperandRef(ops, toClassArr(classLoader, methodExceptionTypes(constructor), 0));
pushOperandInt(ops, constructor->classMember.accessFlags);
pushOperandInt(ops, 0);
pushOperandRef(ops, getSignatureStr(classLoader, constructor->classMember.signature)); // signature
pushOperandRef(ops, toByteArr(classLoader, constructor->classMember.annotationData, constructor->classMember.annotationDataLen));
pushOperandRef(ops, toByteArr(classLoader, constructor->parameterAnnotationData, constructor->parameterAnnotationDataLen));
Frame * shimFrame = newShimFrame(thread, ops);
pushThreadFrame(thread, shimFrame); // init constructorObj
InvokeMethod(shimFrame, constructorInitMethod);
}
}
}复制代码从上面的逻辑，可以知道获取构造方法的核心方法是 getClassConstructors ，所在文件为 rtda/heap/class.c。
Method* * getClassConstructors(Class * self, bool publicOnly, uint16_t * constructorsCount){ // 分配大小为 sizeof(Method) 的长度为 methodsCount 的连续内存地址，即数组
Method* * constructors = calloc(self->methodsCount, sizeof(Method));
*constructorsCount = 0; // 在native 层，构造方法和普通方法都存在 methods 中，逐一遍历
for (uint16_t i = 0; i < self->methodsCount; i++)
{
Method * method = self->methods + i; // 判断是否是构造方法
if (isMethodConstructor(method))
{ // 检查权限
if (!publicOnly || isMethodPublic(method))
{ // 符合条件的构造方法依次存到数组中
constructors[*constructorsCount] = method;
(*constructorsCount)++;
}
}
} return constructors;
}复制代码可以看到getClassConstructors实际上就是对 methods 进行了一次过滤，过滤的条件为：1.是构造方法；2.权限一致。
isMethodConstructor 方法的判断逻辑也是十分简单，不是静态方法，而且方法名是7e51f00a783d7eb8f68358439dee7daf即可。
bool isMethodConstructor(Method * self){ return !isMethodStatic(self) && strcmp(self->classMember.name, "<init>") == 0;
}复制代码所以核心的逻辑变成了Class中的 methods数组何时被初始化赋值的？我们刨根问底的追踪下。
我们先找到类加载到虚拟机中的入口方法 loadNonArrayClass：
Class * loadNonArrayClass(ClassLoader * classLoader, const char * className){ int32_t classSize = 0; char * classContent = NULL;
Class * loadClass = NULL;
classSize = readClass(className, &classContent); if (classSize > 0 && classContent != NULL){#if 0
printf("class size:%d,class data:[", classSize); for (int32_t i = 0; i < classSize; i++)
{ printf("0x%02x ", classContent[i]);
} printf("]\n");#endif
} if (classSize <= 0)
{ printf("Could not found target class\n"); exit(127);
} // 解析字节码文件
loadClass = parseClassFile(classContent, classSize);
loadClass->classLoader = classLoader; // 加载
defineClass(classLoader, loadClass); // 链接
linkClass(classLoader, loadClass); //printf("[Loaded %s\n", loadClass->name);
return loadClass;
}复制代码在 parseClassFile方法中，调用了newClass方法。
Class * parseClassFile(char * classContent, int32_t classSize){
ClassFile * classFile = NULL;
classFile = parseClassData(classContent, classSize); return newClass(classFile);
}复制代码newClass方法在rtda/heap/class.c文件中。
Class * newClass(ClassFile * classFile){
Class * c = calloc(1, sizeof(Class));
c->accessFlags = classFile->accessFlags;
c->sourceFile = getClassSourceFileName(classFile);
newClassName(c, classFile);
newSuperClassName(c, classFile);
newInterfacesName(c, classFile);
newConstantPool(c, classFile);
newFields(c, classFile);
newMethods(c, classFile); return c;
}复制代码可以看到，在native层创建了一个Class对象，我们重点看newMethods(c, classFile)方法啊，这个方法定义在rtda/heap/method.c中。
Method * newMethods(struct Class * c, ClassFile * classFile){
c->methodsCount = classFile->methodsCount;
c->methods = NULL; if (c->methodsCount == 0) return NULL;
c->methods = calloc(classFile->methodsCount, sizeof(Method)); for (uint16_t i = 0; i < c->methodsCount; i++)
{
c->methods[i].classMember.attachClass = c;
copyMethodInfo(&c->methods[i], &classFile->methods[i], classFile);
copyAttributes(&c->methods[i], &classFile->methods[i], classFile);
MethodDescriptor * md = parseMethodDescriptor(c->methods[i].classMember.descriptor);
c->methods[i].parsedDescriptor = md;
calcArgSlotCount(&c->methods[i]); if (isMethodNative(&c->methods[i]))
{
injectCodeAttribute(&c->methods[i], md->returnType);
}
}
return NULL;
}复制代码上述代码可以看出，实际上就是把ClassFile中解析到的方法逐一赋值给了 Class 对象的 methods 数组。
总算梳理清楚了，反射创建对象的调用链为：
loadClass -> loadNonArrayClass -> parseClassFile -> newMethods -> Class 的 methods数组 privateGetDeclaredConstructors -> getDeclaredConstructors0 -> getClassConstructors (过滤Class 的 methods数组)复制代码
到目前为止，我们搞明白反射时如何找到对应的构造方法的。下面我们来看 newInstance 方法。
(InnerClass) clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();复制代码
public T newInstance(Object ... initargs)
throws InstantiationException, IllegalAccessException,
IllegalArgumentException, InvocationTargetException { // 构造方法是否被重载了
if (!override) { if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass(); // 检查权限
checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
}
} // 枚举类型报错
if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0) throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects"); // ConstructorAccessor 是缓存的，如果为空，就去创建一个
ConstructorAccessor ca = constructorAccessor; // read volatile
if (ca == null) { // 创建 ConstructorAccessor
ca = acquireConstructorAccessor();
} @SuppressWarnings("unchecked") // 使用 ConstructorAccessor 的 newInstance 构造实例
T inst = (T) ca.newInstance(initargs); return inst;
}复制代码接着看下 acquireConstructorAccessor 方法。
private ConstructorAccessor acquireConstructorAccessor() { // First check to see if one has been created yet, and take it
// if so.
ConstructorAccessor tmp = null; // 可以理解为缓存的对象
if (root != null) tmp = root.getConstructorAccessor(); if (tmp != null) {
constructorAccessor = tmp;
} else { // Otherwise fabricate one and propagate it up to the root
// 生成一个 ConstructorAccessor，并缓存起来
tmp = reflectionFactory.newConstructorAccessor(this);
setConstructorAccessor(tmp);
} return tmp;
}复制代码继续走到newConstructorAccessor方法。
public ConstructorAccessor newConstructorAccessor(Constructor<?> var1) {
checkInitted();
Class var2 = var1.getDeclaringClass(); // 如果是抽象类，报错
if (Modifier.isAbstract(var2.getModifiers())) { return new InstantiationExceptionConstructorAccessorImpl((String)null);
}
// 如果 Class 类报错
else if (var2 == Class.class) { return new InstantiationExceptionConstructorAccessorImpl("Can not instantiate java.lang.Class");
}
// 如果是 ConstructorAccessorImpl 的子类的话，返回 BootstrapConstructorAccessorImpl
else if (Reflection.isSubclassOf(var2, ConstructorAccessorImpl.class)) { return new BootstrapConstructorAccessorImpl(var1);
}
// 判断 noInflation , 后面是判断不是匿名类
else if (noInflation && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(var1.getDeclaringClass())) { return (new MethodAccessorGenerator()).generateConstructor(var1.getDeclaringClass(), var1.getParameterTypes(), var1.getExceptionTypes(), var1.getModifiers());
}
// 使用 NativeConstructorAccessorImpl 来生成实例
else {
NativeConstructorAccessorImpl var3 = new NativeConstructorAccessorImpl(var1);
DelegatingConstructorAccessorImpl var4 = new DelegatingConstructorAccessorImpl(var3);
var3.setParent(var4); return var4;
}
}复制代码具体逻辑，在上述代码中已经注释了。这里提一下 noInflation。
ReflectionFactory在执行所有方法前会检查下是否执行过了checkInitted方法，这个方法会把noInflation的值和inflationThreshold从虚拟机的环境变量中读取出来并赋值。
当noInflation 为 false而且不是匿名类时，就会使用MethodAccessorGenerator方式。否则就是用 NativeConstructorAccessorImpl的方式来生成。
默认noInflation 为false，所以我们先看native调用的方式。关注 NativeConstructorAccessorImpl类。
class NativeConstructorAccessorImpl extends ConstructorAccessorImpl { private final Constructor<?> c; private DelegatingConstructorAccessorImpl parent; private int numInvocations;
NativeConstructorAccessorImpl(Constructor<?> var1) { this.c = var1;
} public Object newInstance(Object[] var1) throws InstantiationException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException { if (++this.numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold() && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(this.c.getDeclaringClass())) {
ConstructorAccessorImpl var2 = (ConstructorAccessorImpl)(new MethodAccessorGenerator()).generateConstructor(this.c.getDeclaringClass(), this.c.getParameterTypes(), this.c.getExceptionTypes(), this.c.getModifiers()); this.parent.setDelegate(var2);
} return newInstance0(this.c, var1);
} void setParent(DelegatingConstructorAccessorImpl var1) { this.parent = var1;
} private static native Object newInstance0(Constructor<?> var0, Object[] var1) throws InstantiationException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException;
}复制代码我们可以看到 NativeConstructorAccessorImpl 中维护了一个计数器numInvocations,在每次调用newInstance方法生成实例时，就会对计数器自增，当计数器超过ReflectionFactory.inflationThreshold()的阈值，默认为15，就会使用 ConstructorAccessorImpl替换 NativeConstructorAccessorImpl,后面就会直接调用MethodAccessorGenerator中的方法了。
我们先看看没到达阈值前，会调用native方法 newInstance0,这个方法定义在native/sun/reflect/NativeConstructorAccessorImpl.c中，具体newInstance0的流程我就不分析了，大致逻辑是操作堆栈执行方法。
然后我们再看看超过阈值后，执行的是 MethodAccessorGenerator生成构造器的方式。这种方式与newConstructorAccessor方法中noInflation 为 false的处理方式一样。所以可以解释为：java虚拟机在执行反射操作时，如果同一操作执行次数超过阈值，会从native生成实例的方式转变为java生成实例的方式。
MethodAccessorGenerator的MethodAccessorGenerator方法如下。
public ConstructorAccessor generateConstructor(Class<?> var1, Class<?>[] var2, Class<?>[] var3, int var4) { return (ConstructorAccessor)this.generate(var1, "<init>", var2, Void.TYPE, var3, var4, true, false, (Class)null);
}复制代码继续跟踪下去可以发现，反射调用构造方法实际上是动态编写字节码，并且在虚拟机中把编好的字节码加载成一个Class，这个Class实际上是 ConstructorAccessorImpl 类型的，然后调用这个动态类的newInstance方法。回看刚刚我们梳理的newConstructorAccessor代码，可以看到第三个逻辑：
// 如果是 ConstructorAccessorImpl 的子类的话，返回 BootstrapConstructorAccessorImpl else if (Reflection.isSubclassOf(var2, ConstructorAccessorImpl.class)) { return new BootstrapConstructorAccessorImpl(var1);
}
复制代码最终执行的是 BootstrapConstructorAccessorImpl的newInstance方法。
class BootstrapConstructorAccessorImpl extends ConstructorAccessorImpl { private final Constructor<?> constructor;
BootstrapConstructorAccessorImpl(Constructor<?> var1) { this.constructor = var1;
} public Object newInstance(Object[] var1) throws IllegalArgumentException, InvocationTargetException { try { return UnsafeFieldAccessorImpl.unsafe.allocateInstance(this.constructor.getDeclaringClass());
} catch (InstantiationException var3) { throw new InvocationTargetException(var3);
}
}
}复制代码最后是通过使用Unsafe类分配了一个实例。
反射带来的问题
到现在为止，我们已经把反射生成实例的所有流程都搞清楚了。回到文章开头的问题，我们现在反思下，反射性能低么？为什么？
- 反射调用过程中会产生大量的临时对象，这些对象会占用内存，可能会导致频繁 gc，从而影响性能。
- 反射调用方法时会从方法数组中遍历查找，并且会检查可见性等操作会耗时。
- 反射在达到一定次数时，会动态编写字节码并加载到内存中，这个字节码没有经过编译器优化，也不能享受JIT优化。
- 反射一般会涉及自动装箱/拆箱和类型转换，都会带来一定的资源开销。
在Android中，我们可以在某些情况下对反射进行优化。举个例子，EventBus 2.x 会在 register 方法运行时，遍历所有方法找到回调方法；而EventBus 3.x 则在编译期间，将所有回调方法的信息保存的自己定义的 SubscriberMethodInfo 中，这样可以减少对运行时的性能影响。
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