Java反射原理(Make Java Great)

最近复习反射想了解背后的原理,才发现这趟水远比我想象中的深,也才发现反射的伟大之处。Reflect实际上是个Class对象操控大师,后文会分析。

1.反射的介绍

Java在运行中(RunTime):

  • 获取任意类的方法和属性,并实例化出对象;
  • 操作任意对象的方法和属性

实际上JDK第一个版本开始就已经支持注解了,共有3种方法实现反射。(目前常用第三种,因为其场景通用性更强,如jdbc中引入数据库驱动)

//第一种:通过Object类的getClass方法
Class cla = foo.getClass();

//第二种:通过对象实例方法获取对象
Class cla = foo.class;

//第三种:通过Class.forName方式
Class cla = Class.forName("xx.xx.Foo");

2.什么技术在支撑着反射

本想直接分析反射的原理,实际上发现逻辑上不合理。换个角度想想,打算从java为什么是静态语言开始分析反射。

结论1:Java是静态语言,编译时需要做类型检查。

参考:https://baike.baidu.com/item/%E5%8A%A8%E6%80%81%E8%AF%AD%E8%A8%80/797407?fr=aladdin

动态语言:类型检查是在运行时做的

静态语言:类型检查是在运行前判断(编译阶段)

class A {
    public void doA() {
        System.out.println("Do A");
    }
}

class B extends A {
    public void doB() {
        System.out.println("Do B");
    }
}

((B)new A()).doB();

上述代码编译通过,但是运行是会报错的。
为了支持多态,Java是运行时才确认真正执行的对象类型

Java需要支持运行时确认真正执行的对象类型,也叫“动态绑定”!

结论2:继承,多态需要动态绑定。

参考:https://www.cnblogs.com/ygj0930/p/6554103.html
参考:https://www.cnblogs.com/Gaojiecai/p/4035077.html

注意的是,这里的动态绑定是指Java判断所引用对象的实际类型,根据其实际类型调用其相应的方法。
听起来有点虚,我解释下:

针对下列语句,怎么知道是老爸说话还是儿子说法呢?

//继承或多态
public int exec(Father reference)  {
  reference.talk();
}
Father f = new Son();
Father f2 = new Father();
exec(f);
exec(f2);

上述情景,JVM如何知道是Father.taslk()还是Son.talk()?

  • 所以在编译时,直接默认是老爸说话(编译时默认父类),就是默认Father.talk()以安全的编译通过。
  • 但是在运行时,在当前线程栈中找到对象引用f的真正内存地址,地址指向堆,这个对象实例在堆中,对象实例中存放着Class信息,所以回去方法区找这个对象对应的Class对象,并在Class对象中找到里面的方法表,如果子类重写了父类的方法表,必定指向子类的方法代码块,这个就是动态绑定的概念。所以不管是多态还是继承,只要确保实际对象的方法调用是对的,java就不会调用错。
    (JDK1.6及以下:Class对象在方法区,JDK1.6以上则在堆)
    image.png

    (红色线就是动态绑定的过程,黑色线是应用启动加载Class对象的过程)

继承,多态都需要动态绑定支持。
虽然Java是静态语言,但是为了支持面向对象的各种特性,特意加入的动态语言的特性。

结论3:动态绑定需要用到方法区的Class对象,也叫RTTI。

RTTI(run-time type information)指的是Java在运行时能够获得或判断某个对象的类型信息。

RTTI就是基于方法区的Class对象实现的,所谓的获得或判断某个对象的类型信息,就是来自于Class对象。
目前网上大多数的理解结论是错的,但是方向是对的,RTTI机制会分为传统RTTI和反射两大类。

RTTI的核心不在于形式,两者的区别只在于如何去操作Class对象,应该从操作方式作为区分!

  • 传统RTTI:继承,多态和强转,是依赖已经存在的对象实例获得其中的Class对象。
  • 反射:除了可以根据已经存在的对象实例获得其中的Class对象,也可以直接根据名字去方法区直接找Class对象。

对比分析如下:


image.png

传统RTTI相比反射而言:

传统RTTI必须要有对象实例。

意味着必须有Class对象。

意味着必须对该类有正确的引用。

意味着编译期该类文件存在且编译通过。

以上种种,反射可以都不需要!(类文件不存在也行,要用的时候才会报错)

结论4:RTTI机制支撑着反射

回过头来看反射的三种实现方式,统统都是需要Class对象支撑的,也就是RTTI机制。

RTTI机制的引入为Java这种静态语言带来了动态语言的特性,在不改变整体设计的情况下,提升了代码抽象能力和灵活性。

一般不要认为Java的反射就是指java.lang.reflect,这个包提供的工具类和接口。其实Java的整个Class对象系统,包括所有类的始祖类Object类,基础类型以及每个对象都附带的Class对象,都是反射机制的一部分。Java最初在设计这个系统的时候就有很深的预谋,反射可以调动着Java核心资源Class对象

反射的原理

参考:https://zhuanlan.zhihu.com/p/21423208

总结反射原理

  • 当我们编写完一个Java项目之后,每个.java文件都会被编译成一个.class文件,这些文件承载了这个类的所有信息,包括父类、接口、构造函数、方法、属性等。
  • 这些Class文件在程序运行时会被ClassLoader加载到虚拟机中,Java虚拟机就会在内存中自动产生一个Class对象。
  • 我们通过new的形式创建对象实际上就是通过这些Class对象来创建,只是这个过程对于我们是不透明的而已。
  • 反射的工作原理就是借助Class.java、Constructor.java、Method.java、Field.java这四个类在程序运行时动态访问和修改任何类的行为和状态。
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