反射使程式碼能夠存取裝載到JVM中的類別的內部訊息，允許在編寫與執行時，而不是原始程式碼中選定的類別協作的程式碼，是以開發效率換運行效率的一種手段。這使反射成為建立靈活應用的主要工具。
反射可以：
呼叫一些私有方法，實作黑科技。例如雙卡簡訊發送、設定狀態列顏色、自動掛電話等。
實現序列化與反序列化，例如PO的ORM，Json解析等。
實作跨平台相容，例如JDK中的SocketImpl的實作
透過xml或註解，實作依賴注入(DI)，註解處理，動態代理，單元測試等功能。例如Retrofit、Spring或Dagger
在*.class檔案中，以Byte流的形式進行Class的存儲，透過一系列Load，Parse後，Java程式碼實際上可以映射為下圖的結構體，這裡可以用
javap
指令或IDE插件來檢視。
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;常數池(constant pool):類似C中的DATA段與BSS段，提供常數、字串、方法名稱等值或符號（可視為偏移定值的指針）的存放
access_flags: 對Class的flag修飾
typedef enum {
ACC_PUBLIC = 0x0001,
ACC_FINAL = 0x0010,
ACC_SUPER = 0x0020,
ACC_INTERFACE = 0x0200,
ACC_ACSTRACT = 0x0400
}AccessFlagthis class/super class/interface: 一個長度為u2的指針，指向常數池中真正的位址，將在Link階段進行符號解引。
filed: 欄位訊息，結構體如下
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，並指向常數池：
它的結構體如下，詳細在這裡
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
Class的載入主要分為兩步驟
第一步透過ClassLoader進行讀取、連結操作
第二步進行Class的
<clinit>()
初始化。
ClassLoader用於載入、連線、快取Class，可以透過純Java或native進行實作。在JVM的native程式碼中，ClassLoader內部維護一個線程安全的
HashTable<String,Class>
，用於實現對Class字節流解碼後的緩存，如果HashTable中已經有了緩存，則直接返回緩存；反之，在取得類別名稱後，透過讀取檔案、網路上的class位元組流反序列化為JVM中native的C結構體，接著malloc內存，並將指標快取在HashTable中。
下面是非數組情況下ClassLoader的流程
find/load: 將檔案反序列化為C結構體。 
Class反序列化的流程
link: 根據Class結構體常數池進行符號的解引。例如物件計算記憶體空間，建立方法表，native invoker，介面方法表，finalizer函數等工作。
當ClassLoader載入Class結束後，將進行Class的初始化操作。主要執行
<clinit()>
的靜態程式碼段與靜態變數（取決於原始碼順序）。
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
在完成初始化後，就是Object的構造
<init>
了，本文暫不討論。
反射在Java中可以直接調用，不過最終調用的仍是native方法，以下為主流反射操作的實作。
Class.forName可以透過套件名稱尋找Class對象，例如
Class.forName("java.lang.String")。
在JDK的原始碼實作中，可以發現最終呼叫的是native方法
forName0()
，它在JVM中呼叫的實際上是
findClassFromClassLoader()
，原理與ClassLoader的流程一樣，具體實現已經在上面介紹過了。
在JDK原始碼中，可以知道
class.getDeclaredFields()
方法實際呼叫的是native方法
getDeclaredFields0()
，它在JVM主要實現步驟如下
根據Class結構體信息，獲取
field_count
與
fields[]
字段，這個字段早已在load過程中被放入了
根據
field_count
的大小分配記憶體、建立陣列
將陣列進行forEach循環，透過
fields[]
中的資訊依序建立Object物件
傳回數組指標
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
以下為無同步、無異常的情況下呼叫的步驟
建立Frame
如果物件flag為native，交給native_handler進行處理
在frame中執行java程式碼
彈出Frame
回傳執行結果的指標
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
檢測權限、預先分配空間大小等參數
建立Object對象，並分配空間
透過Method.invoke呼叫建構子(
<init>()
)
返回Object指標
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
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。
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。
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。
以上就是Java反射在JVM的实现 的内容，更多相关内容请关注PHP中文网（m.sbmmt.com）！
