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談談Java 反射的快慢

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2020-08-28 16:50:022372瀏覽

談談Java 反射的快慢

【相關學習推薦:java基礎教學

#反射到底是好是壞

說到Java 中的反射,初學者在剛接觸到反射的各種高級特性時,往往表示十分興奮,甚至會在一些不需要使用反射的場景中強行使用反射來「炫技」。而經驗較豐富的長者,看到反射時往往會發出靈魂三問:為什麼要用反射?反射不會降低性能麼?不用還有什麼辦法可以解決這個問題?

那麼今天我們就來深入探討下,反射到底對效能有多大影響?順便探討下,反射為什麼對性能有影響?

編碼試驗

在我們分析具體原理之前,我們可以透過寫程式碼做實驗來得出結論。

反射可能會涉及多種類型的操作,例如產生實例,取得/設定變數屬性,呼叫方法等。經過簡單的思考,我們認為生成實例對效能的影響相對其他操作要大一些,所以我們採用生成實例來做試驗。

在如下程式碼中,我們定義了一個類別InnerClass,我們測試分別使用new反射來產生MAX_TIMES個實例,並列印出耗時時間。

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

輸出日誌:

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

使用反射產生10萬個實例,耗時670ms,明顯高於直接使用new關鍵字的15ms,所以反射效能低。別急,這個結論總結的還有點早,我們將要產生的實例總數改為1000個試試,輸出日誌:

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

使用反射產生1000 個實例,雖然需要9ms,高於 new的2ms,但是9ms 和2ms 的差距本身肉眼不可見,而且通常我們在業務中寫的反射一般來說執行頻率也未必會超過1000 次,這種場景下,我們還能理直氣壯地說反射性能很低麼?

很顯然,不能。

除了程式碼執行耗時,我們再看看反射對記憶體的影響。我們仍然以產生 10萬 個實例為目標,對上述程式碼做略微改動,依次只保留 new 方式和反射方式,然後運行程序,觀察記憶體佔用情況。

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使用new

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使用反射

對比兩圖,我們可以看到第二張圖中多了很多ConstructorClass物件實例,這兩部分佔用的記憶體2.7M。因此,我們可以得出結論,反射會產生大量的臨時對象,並且會佔用額外記憶體空間。

刨根問底:反射原理是什麼

我們以前面試驗中反射生成實例的程式碼為入口。

首先回顧下虛擬機器中類別的生命週期:加載,連接(驗證,準備,解析),初始化,使用,卸載。在載入的過程中,虛擬機會把類別的字節碼轉換成運行時資料結構,並保存在方法區,在記憶體中會產生一個代表這個類別資料結構的java.lang.Class 對象,後續存取這個類的資料結構就可以透過這個Class 物件來存取。

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

程式碼中clazz.getDeclaredConstructor() 用於取得類別中定義的建構方法,由於我們沒有明確定義建構方法,所以會傳回編譯器為我們自己產生的默認無參構造方法。

下面我們看下 getDeclaredConstructor是如何回傳建構方法的。以下皆以 jdk 1.8代碼為原始碼。

@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 方法先做了權限檢查,然後直接呼叫 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 方法主要做了兩件事:

  • 取得所有建構方法組成的陣列
  • 遍歷建構方法數組,找到匹配的

遍歷匹配沒啥好說的,我們重點看下第一件事,怎麼獲取的所有構造方法數組,也就是這個方法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

上述程式碼中我已經對關鍵程式碼進行了註釋,在講解整個流程之前,我們看到了一個陌生的類型 ReflectionData。它對應的資料結構是:

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 這個類別就是用來保存從虛擬機器取得到的一些資料。同時我們可以看到所有反射屬性都使用了 volatile關鍵字修飾。

取得快取的 ReflectionData 資料是透過呼叫reflectionData()方法取得的。

// 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,ClassreflectionData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。

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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。

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

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。

noInflationfalse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noInflationfalse,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noInflationfalse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。

MethodAccessorGeneratorMethodAccessorGenerator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 BootstrapConstructorAccessorImplnewInstance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?

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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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