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    面試官:說說反射的底層實現原理?

    反射是 Java 面試中必問的面試題,但只有很少人能真正的理解“反射”并講明白反射,更別說能說清楚它的底層實現原理了。所以本文就通過大白話的方式來系統的講解一下反射,希望大家看完之后能真正的理解并掌握“反射”這項技術。

    1.什么是反射?

    反射在程序運行期間動態獲取類和操縱類的一種技術。通過反射機制,可以在運行時動態地創建對象、調用方法、訪問和修改屬性,以及獲取類的信息。

    2.反射的應用有哪些?

    反射在日常開發中使用的地方有很多,例如以下幾個:

    1. 動態代理:反射是動態代理的底層實現,即在運行時動態地創建代理對象,并攔截和增強方法調用。這常用于實現 AOP 功能,如日志記錄、事務管理等。
    2. Bean 創建:Spring/Spring Boot 項目中,在項目啟動時,創建的 Bean 對象就是通過反射來實現的。
    3. JDBC 連接:JDBC 中的 DriverManager 類通過反射加載并注冊數據庫驅動,這是 Java 數據庫連接的標準做法。

    3.反射實現

    反射的關鍵實現方法有以下幾個:

    1. 得到類:Class.forName("類名")
    2. 得到所有字段:getDeclaredFields()
    3. 得到所有方法:getDeclaredMethods()
    4. 得到構造方法:getDeclaredConstructor()
    5. 得到實例:newInstance()
    6. 調用方法:invoke()

    具體使用示例如下:

    // 1.反射得到對象
    Class<?> clazz = Class.forName("User");
    // 2.得到方法
    Method method = clazz.getDeclaredMethod("publicMethod");
    // 3.得到靜態方法
    Method staticMethod = clazz.getDeclaredMethod("staticMethod");
    // 4.執行靜態方法
    staticMethod.invoke(clazz);
    

    反射執行私有方法代碼實現如下:

    // 1.反射得到對象
    Class<?> clazz = Class.forName("User");
    // 2.得到私有方法
    Method privateMethod = clazz.getDeclaredMethod("privateMethod");
    // 3.設置私有方法可訪問
    privateMethod.setAccessible(true);
    // 4.得到實例
    Object user = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
    // 5.執行私有方法
    privateMethod.invoke(user);
    

    4.底層實現原理

    從上述內容可以看出,對于反射來說,操縱類最主要的方法是 invoke,所以搞懂了 invoke 方法的實現,也就搞定了反射的底層實現原理了。

    invoke 方法的執行流程如下:

    1. 查找方法:當通過 java.lang.reflect.Method 對象調用 invoke 方法時,Java 虛擬機(JVM)首先確認該方法是否存在并可以訪問。這包括檢查方法的訪問權限、方法簽名是否匹配等。
    2. 安全檢查:如果方法是私有的或受保護的,還需要進行訪問權限的安全檢查。如果當前調用者沒有足夠的權限訪問這個方法,將拋出 IllegalAccessException。
    3. 參數轉換和適配:invoke 方法接受一個對象實例和一組參數,需要將這些參數轉換成對應方法簽名所需要的類型,并且進行必要的類型檢查和裝箱拆箱操作。
    4. 方法調用:對于非私有方法,Java 反射實際上是通過 JNI(Java Native Interface,Java 本地接口)調用到 JVM 內部的 native 方法,例如 java.lang.reflect.Method.invoke0()。這個 native 方法負責完成真正的動態方法調用。對于 Java 方法,JVM 會通過方法表、虛方法表(vtable)進行查找和調用;對于非虛方法或者靜態方法,JVM 會直接調用相應的方法實現。
    5. 異常處理:在執行方法的過程中,如果出現任何異常,JVM 會捕獲并將異常包裝成 InvocationTargetException 拋出,應用程序可以通過這個異常獲取到原始異常信息。
    6. 返回結果:如果方法正常執行完畢,invoke 方法會返回方法的執行結果,或者如果方法返回類型是 void,則不返回任何值。

    通過這種方式,Java 反射的 invoke 方法能夠打破編譯時的綁定,實現運行時動態調用對象的方法,提供了極大的靈活性,但也帶來了運行時性能損耗和安全隱患(如破壞封裝性、違反訪問控制等)。

    5.優缺點分析

    反射的優點如下:

    1. 靈活性:使用反射可以在運行時動態加載類,而不需要在編譯時就將類加載到程序中。這對于需要動態擴展程序功能的情況非常有用。
    2. 可擴展性:使用反射可以使程序更加靈活和可擴展,同時也可以提高程序的可維護性和可測試性。
    3. 實現更多功能:許多框架都使用反射來實現自動化配置和依賴注入等功能。例如,Spring 框架就使用反射來實現依賴注入。

    反射的缺點如下:

    1. 性能問題:使用反射會帶來一定的性能問題,因為反射需要在運行時動態獲取類的信息,這比在編譯時就獲取信息要慢。
    2. 安全問題:使用反射可以訪問和修改類的字段和方法,這可能會導致安全問題。因此,在使用反射時需要格外小心,確保不會對程序的安全性造成影響。

    課后思考

    為什么反射的執行效率比較低?動態代理的實現除了反射之外,還有沒有其他的實現方法?

    本文已收錄到我的面試小站 www.javacn.site,其中包含的內容有:Redis、JVM、并發、并發、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、設計模式、消息隊列等模塊。

    posted @ 2024-03-14 15:02  磊哥|www.javacn.site  閱讀(882)  評論(0編輯  收藏  舉報
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