1. 什么是java反射，有什么用？
反射使程序代码能够接入装载到jvm中的类的内部信息，允许在编写与执行时，而不是源代码中选定的类协作的代码，是以开发效率换运行效率的一种手段。这使反射成为构建灵活应用的主要工具。
反射可以：
调用一些私有方法，实现黑科技。比如双卡短信发送、设置状态栏颜色、自动挂电话等。
实现序列化与反序列化，比如po的orm，json解析等。
实现跨平台兼容，比如jdk中的socketimpl的实现
通过xml或注解，实现依赖注入(di)，注解处理，动态代理，单元测试等功能。比如retrofit、spring或者dagger
2. Java Class文件的结构
在*.class文件中，以Byte流的形式进行Class的存储，通过一系列Load，Parse后，Java代码实际上可以映射为下图的结构体，这里可以用
javap
命令或者IDE插件进行查看。
typedef struct {
u4 magic;/*0xCAFEBABE*/
u2 minor_version; /*网上有表可查*/
u2 major_version; /*网上有表可查*/
u2 constant_pool_count;
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
u2 access_flags;
u2 this_class;
u2 super_class;
u2 interfaces_count;
u2 interfaces[interfaces_count];
//重要
u2 fields_count;
field_info fields[fields_count];
//重要
u2 methods_count;
method_info methods[methods_count];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}ClassBlock;常量池(constant pool):类似于C中的DATA段与BSS段，提供常量、字符串、方法名等值或者符号（可以看作偏移定值的指针）的存放
access_flags: 对Class的flag修饰
typedef enum {
ACC_PUBLIC = 0x0001,
ACC_FINAL = 0x0010,
ACC_SUPER = 0x0020,
ACC_INTERFACE = 0x0200,
ACC_ACSTRACT = 0x0400
}AccessFlagthis class/super class/interface: 一个长度为u2的指针，指向常量池中真正的地址，将在Link阶段进行符号解引。
filed: 字段信息，结构体如下
立即学习“Java免费学习笔记（深入）”；
typedef struct fieldblock {
char *name;
char *type;
char *signature;
u2 access_flags;
u2 constant;
union {
union {
char data[8];
uintptr_t u;
long long l;
void *p;
int i;
} static_value;
u4 offset;
} u;
} FieldBlock;method: 提供descriptor, access_flags, Code等索引，并指向常量池：
它的结构体如下，详细在这里
method_info {
u2 access_flags;
u2 name_index;
//the parameters that the method takes and the
//value that it return
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}以上具体内容可以参考 JVM文档 周志明的《深入理解Java虚拟机》，少见的国内精品书籍 一些国外教程的解析
3. Java Class加载的过程
Class的加载主要分为两步
第一步通过ClassLoader进行读取、连结操作
第二步进行Class的
<clinit>()
初始化。
3.1. Classloader加载过程
ClassLoader用于加载、连接、缓存Class，可以通过纯Java或者native进行实现。在JVM的native代码中，ClassLoader内部维护着一个线程安全的
HashTable<String,Class>
，用于实现对Class字节流解码后的缓存，如果HashTable中已经有了缓存，则直接返回缓存；反之，在获得类名后，通过读取文件、网络上的class字节流反序列化为JVM中native的C结构体，接着malloc内存，并将指针缓存在HashTable中。
下面是非数组情况下ClassLoader的流程
find/load: 将文件反序列化为C结构体。
Class反序列化的流程
link: 根据Class结构体常量池进行符号的解引。比如对象计算内存空间，创建方法表，native invoker，接口方法表，finalizer函数等工作。
3.2. 初始化过程
当ClassLoader加载Class结束后，将进行Class的初始化操作。主要执行
<clinit()>
的静态代码段与静态变量（取决于源码顺序）。
public class Sample {
//step.1
static int b = 2;
//step.2
static {
b = 3;
}
public static void main(String[] args) {
Sample s = new Sample();
System.out.println(s.b);
//b=3
}
}具体参考如下： When and how a Java class is loaded and initialized? The Lifetime of a Type
在完成初始化后，就是Object的构造
<init>
了，本文暂不讨论。
4. 反射在native的实现
反射在Java中可以直接调用，不过最终调用的仍是native方法，以下为主流反射操作的实现。
4.1. Class.forName的实现
Class.forName可以通过包名寻找Class对象，比如
Class.forName("java.lang.String")。
在JDK的源码实现中，可以发现最终调用的是native方法
forName0()
，它在JVM中调用的实际是
findClassFromClassLoader()
，原理与ClassLoader的流程一样，具体实现已经在上面介绍过了。
4.2. getDeclaredFields的实现
在JDK源码中，可以知道
class.getDeclaredFields()
方法实际调用的是native方法
getDeclaredFields0()
，它在JVM主要实现步骤如下
根据Class结构体信息，获取
field_count
与
fields[]
字段，这个字段早已在load过程中被放入了
根据
field_count
的大小分配内存、创建数组
将数组进行forEach循环，通过
fields[]
中的信息依次创建Object对象
返回数组指针
主要慢在如下方面 创建、计算、分配数组对象 对字段进行循环赋值
4.3. Method.invoke的实现
以下为无同步、无异常的情况下调用的步骤
创建Frame
如果对象flag为native，交给native_handler进行处理
在frame中执行java代码
弹出Frame
返回执行结果的指针
主要慢在如下方面 需要完全执行ByteCode而缺少JIT等优化 检查参数非常多，这些本来可以在编译器或者加载时完成
4.4. class.newInstance的实现
检测权限、预分配空间大小等参数
创建Object对象，并分配空间
通过Method.invoke调用构造函数(
<init>()
)
返回Object指针
主要慢在如下方面 参数检查不能优化或者遗漏的查表 Method.invoke本身耗时
5. 附录
5.1. JVM与源码阅读工具的选择
初次学习JVM时，不建议去看Android Art、Hotspot等重量级JVM的实现，它内部的防御代码很多，还有android与libcore、bionic库紧密耦合，以及分层、内联甚至能把编译器的语义分析绕进去，因此找一个教学用的、嵌入式小型的JVM有利于节约自己的时间。因为以前折腾过OpenWrt，听过有大神推荐过jamvm，只有不到200个源文件，非常适合学习。
在工具的选择上，个人推荐SourceInsight。对比了好几个工具clion，vscode，sublime，sourceinsight，只有sourceinsight对索引、符号表的解析最准确。
5.2. 关于几个ClassLoader
参考这里
ClassLoader0：native的classloader，在JVM中用C写的，用于加载rt.jar的包，在Java中为空引用。
ExtClassLoader: 用于加载JDK中额外的包，一般不怎么用
AppClassLoader: 加载自己写的或者引用的第三方包，这个最常见
例子如下
//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@4b67cf4d
//which class you create or jars from thirdParty
//第一个非常有歧义，但是它的确是AppClassLoader
ClassLoader.getSystemClassLoader();
com.test.App.getClass().getClassLoader();
Class.forName("ccom.test.App").getClassLoader()
//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66d3c617
//Class loaded in ext jar
Class.forName("sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService")
//null, class loaded in rt.jar
String.class.getClassLoader()
Class.forName("java.lang.String").getClassLoader()
Class.forName("java.lang.Class").getClassLoader()
Class.forName("apple.launcher.JavaAppLauncher").getClassLoader()最后就是
getContextClassLoader()
，它在Tomcat中使用，通过设置一个临时变量，可以向子类ClassLoader去加载，而不是委托给ParentClassLoader
ClassLoader originalClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
try {
Thread.currentThread().setContextClassLoader(getClass().getClassLoader());
// call some API that uses reflection without taking ClassLoader param
} finally {
Thread.currentThread().setContextClassLoader(originalClassLoader);
}最后还有一些自定义的ClassLoader，实现加密、压缩、热部署等功能，这个是大坑，晚点再开。
5.3. 反射是否慢？
在Stackoverflow上认为反射比较慢的程序员主要有如下看法
验证等防御代码过于繁琐，这一步本来在link阶段，现在却在计算时进行验证
产生很多临时对象，造成GC与计算时间消耗
由于缺少上下文，丢失了很多运行时的优化，比如JIT(它可以看作JVM的重要评测标准之一)
当然，现代JVM也不是非常慢了，它能够对反射代码进行缓存以及通过方法计数器同样实现JIT优化，所以反射不一定慢。
更重要的是，很多情况下，你自己的代码才是限制程序的瓶颈。因此，在开发效率远大于运行效率的的基础上，大胆使用反射，放心开发吧。
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