HotSpot 反射

Java是一门静态语言，但是Java的反射赋予了Java动态的能力。Java的反射（reflection）机制是指在程序的运行状态中，可以构造任意一个类的对象，可以了解任意一个对象所属的类，可以了解任意一个类的成员变量和方法，可以调用任意一个对象的属性和方法。这种动态获取程序信息以及动态调用对象的功能称为Java语言的反射机制。反射被视为动态语言的关键。反射功能可以让我们在运行时判断任意一个对象所属的类；在运行时构造任意一个类的对象；在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法；在运行时调用任意一个对象的方法；生成动态代理。

一.Class

在HotSpot内部通过Klass模型来表示Java类的方法字段访问权限父类子类等信息。这为Java的反射提供了HotSpot内部表征信息，通过将Kclass对称到语言Java语言层面的Class类，我们就获得了反射能力。通过Object的getClass()方法，这种能力被每个类拥有。

java/lang/Object.java

public class Object {
	@HotSpotIntrinsicCandidate
    public final native Class<?> getClass();
}

jdk/src/java.base/share/native/libjava/Object.c

NIEXPORT jclass JNICALL
Java_java_lang_Object_getClass(JNIEnv *env, jobject this)
{
    if (this == NULL) {
        JNU_ThrowNullPointerException(env, NULL);
        return 0;
    } else {
        return (*env)->GetObjectClass(env, this);
    }
}

hotspot/src/share/vm/prims/jni.cpp

JNI_ENTRY(jclass, jni_GetObjectClass(JNIEnv *env, jobject obj))
  JNIWrapper("GetObjectClass");

  HOTSPOT_JNI_GETOBJECTCLASS_ENTRY(env, obj);

  Klass* k = JNIHandles::resolve_non_null(obj)->klass();
  jclass ret =
    (jclass) JNIHandles::make_local(env, k->java_mirror());

  HOTSPOT_JNI_GETOBJECTCLASS_RETURN(ret);
  return ret;
JNI_END

此外通过Class.forName方法也可以返回运行时类，通过forName0和调用类的类加载器加载运行时类型信息

java/lang/Class.java

public final class Class<T> implements java.io.Serializable,
                              GenericDeclaration,
                              Type,
                              AnnotatedElement {
     @CallerSensitive
    public static Class<?> forName(String className)
                throws ClassNotFoundException {
        Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
        return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
    }
}

从当前线程的栈帧中找到正在执行的Java方法，由此方法来确定调用类

jdk/src/java.base/share/native/libjava/Reflection.c

JNIEXPORT jclass JNICALL
Java_jdk_internal_reflect_Reflection_getCallerClass__(JNIEnv *env, jclass unused)
{
    return JVM_GetCallerClass(env, JVM_CALLER_DEPTH);
}

在Class类中提供了查询运行时类信息的方法，包括查询运行时类的字段，方法，注解，接口，构造函数，泛型信息，父类，访问权限等。这些信息赋予了上层框架搭建更多的灵活性。诸如实现注解处理器，动态代理，IOC，动态加载等特性。

二.reflect

java/lang/reflect 在这里插入图片描述
在Java平台框架层的reflect包下提供了一组运行时类反射操作类，通过进一步抽象运行时的类型信息，提取出诸如字段，方法，构造函数，数组，类型参数，类型，泛型，注解，访问修饰符等Java语言要素，并使用Java类来表示这些信息，为上层应用提供强大的反射能力。

jdk/internal/reflect
在这里插入图片描述
internal.reflect包赋予反射更强的能力，使得访问类的常量池信息，方法字段的字节码编辑等。通过InvocationHandler,Proxy，ProxyGenerator和jdk.internal.reflect包为上层应用提供动态生成类的代理能力。

invoke_78">三.invoke

在这里插入图片描述
对于反射在refect包下的类方法特性已经够用了，那么在invoke包下的反射特新则更进一步。refect包的动态是作用在虚拟机内部的，而invoke的动态能力则在字节码上，更加灵活，更像是在Java语法规则内手写字节码：自己创建方法签名（MethodType），自己决定调用方式（invokestatic/invokespecial/invokevirtual），自己注意访问控制（public/package/protected/private），最后还要自己决定类型隐式转换。invoke包配合reflect包为其他动态语言运行于虚拟机上提供了可能，如Scale,JPython,Kotlin等。

四.总结

Reflection中的java.lang.reflect.Method对象远比MethodHandle机制信息含量多，换句话说，Reflection是重量级，而MethodHandle是轻量级
Relection和MethodHandle机制都是在模拟方法调用，但Reflection是在模拟Java代码层次的方法调用，而MethodHandle是在模拟字节码层次的方法调用。在MethodHandles.lookup中的3个方法-findStaitc、findVirtual、findSpecial正是为了对应于invokestatic、invokevirtual和invokespecial这几条字节码指令的执行权限校验行为，而这些底层细节在使用Reflection API时是不需要关心的
由于MethodHandle是对字节码的方法指令调用的模拟，所以理论上虚拟机做了各种优化
Reflection API的设计目标是只为Java语言服务的，而MethodHandle则设计成可服务于所有Java虚拟机之上的语言，其中也包括Java