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  • Java反射实现原理

    2021-03-04 06:38:35
    Java反射应用十分广泛,例如spring的核心功能控制反转IOC就是通过反射实现的,本文主要研究一下发射方法调用的实现方式和反射对性能的影响。如下为Method类中invoke方法,可以看出该方法实际是将反射方法的调用...

    math?formula=%5Ccolor%7BForestGreen%7D%7B%E5%8F%8D%E5%B0%84%E5%AE%9E%E7%8E%B0%7D

    Java反射应用十分广泛,例如spring的核心功能控制反转IOC就是通过反射来实现的,本文主要研究一下发射方法调用的实现方式和反射对性能的影响。

    如下为Method类中invoke方法,可以看出该方法实际是将反射方法的调用委派给MethodAccessor,通过MethodAccessor的invoke方法完成方法调用。该接口有两个现有的实现类,一个是直接调用本地方法,另一个是通过委派模式。Mehod的实例第一次调用都会生成一个委派实现,它实现的就是一个本地实现,相当于在Method和本地实现之间加了一个中间层,本地实现比较好理解,就是讲参数准备好,然后进入目标方法。通过如下代码进行一个简单的测试,通过打印的堆栈信息可以看出,Method实例的invoke方法首先调用的是委派实现DelegatingMethodAccessorImpl的invoke方法,最后调用本地实现。那么为什么会加上一个看似多余的中间委派层呢?实际上,java语言实现反射的方法除了本地实现之外,还会采用动态生成字节码的方式直接调用目标方法,运用委派模式的目的就是在本地实现和动态实现之间进行切换。

    public class TestReflect {

    public static void target(int i) {

    new RuntimeException("让我们来看看方法调用栈").printStackTrace();

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

    Class> klass = Class.forName("com.kafka.demo.com.kafka.demo.test.TestReflect");

    Method method = klass.getMethod("target", int.class);

    method.invoke(null, 128);

    }

    }

    方法调用栈如下所示

    java.lang.RuntimeException: 让我们来看看方法调用栈

    at com.kafka.demo.com.kafka.demo.test.TestReflect.target(TestReflect.java:12)

    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)

    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)

    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)

    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)

    at com.kafka.demo.com.kafka.demo.test.TestReflect.main(TestReflect.java:47)

    动态实现和本地实现相比,其运行效率是本地实现的20倍左右,但是第一次生成字节码是比较耗时的,所以仅单次调用的话,本地实现的性能反而是动态实现的3到4倍。JVM通过参数-Dsun.reflect.inflationThresHold来进行调整,默认是15次,即前15次调用会使用本地实现,15次之后会生成字节码,采用动态实现的方式。我们将方法的调用循环20次得到结果如下所示:

    java.lang.RuntimeException: 让我们来看看第15次方法调用栈

    at com.kafka.demo.com.kafka.demo.test.TestReflect.target(TestReflect.java:12)

    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)

    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)

    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)

    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)

    at com.kafka.demo.com.kafka.demo.test.TestReflect.main(TestReflect.java:48)

    java.lang.RuntimeException: 让我们来看看第16次方法调用栈

    at com.kafka.demo.com.kafka.demo.test.TestReflect.target(TestReflect.java:12)

    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)

    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)

    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)

    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)

    at com.kafka.demo.com.kafka.demo.test.TestReflect.main(TestReflect.java:48)

    java.lang.RuntimeException: 让我们来看看第17次方法调用栈

    at com.kafka.demo.com.kafka.demo.test.TestReflect.target(TestReflect.java:12)

    at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor1.invoke(Unknown Source)

    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)

    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)

    at com.kafka.demo.com.kafka.demo.test.TestReflect.main(TestReflect.java:48)

    在第十六次方法调用的过程中动态生成了字节码,并在第十七次方法调用的过程中就直接使用GenerateMethodAccessor1了。

    math?formula=%5Ccolor%7BForestGreen%7D%7B%E5%8F%8D%E5%B0%84%E6%80%A7%E8%83%BD%7D

    一般都认为反射是比较消耗性能的,就连甲骨文关于反射的教学中也强调反射性能开销大的缺点。从上面的例子来看,Class.forName()需要调用本地方法,getMethod()方法需要遍历目标类的所有方法,如果没有匹配到还需要遍历父类的所有方法,这些都是比较消耗性能的操作,但是我们可以将它们的实例对象放在缓存中,来减小对性能的影响,这里我们主要讨论Method实例的invoke方法对性能的影响。我做了一个简单的实验来进行验证,将一个空方法直接调用20亿次,每1亿次打印一个该阶段的运行时间,取最后五次时间求取平均值(这样做的目的是为了得到预热峰值性能),在我32G内存的ThinkStation上面直接调用1亿次耗时90ms,通过反射调用平均耗时为300ms,约为直接调用的3.3倍。前文中介绍过动态实现和本地实现,由于本地实现比较消耗性能,通过-Dsun.reflect.noInflation=true来关闭本地实现直接使用动态实现,此时平均耗时为270ms,约为直接调用的3倍。此外方法调用时需要检查方法的权限,如果跳过权限检测过程,即设置method.setAccessible(true),此时平均耗时为210ms,约为直接调用的2倍左右,至此我们可以看出对于反射的应用会对性能造成一定的影响,但是可以通过优化减小影响。那是不是为了性能就杜绝使用反射呢?显然不是,前文中提到IOC就是用反射实现的,类似接口和实现类,接口的使用也是对性能有影响的(虽然这个影响可以忽略不计,也许这个类比也不太确切),但是不能为了一点性能的提升而放弃优雅的设计模式。

    public class TestReflect {

    public static void target(int i) {

    // 空方法

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

    //-Dsun.reflect.noInflation=true

    Class> klass = Class.forName("com.kafka.demo.com.kafka.demo.test..TestReflect");

    Method method = klass.getMethod("target", int.class);

    //method.setAccessible(true);

    LocalDateTime t1 = LocalDateTime.now();

    for (int i = 1; i <= 2_000_000_000; i++) {

    if (i % 100_000_000 == 0) {

    long temp = System.currentTimeMillis();

    System.out.println(Duration.between(t1, LocalDateTime.now()).toMillis());

    t1 = LocalDateTime.now();

    }

    //method.invoke(null, 128);

    target(128);

    }

    }

    }

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  • c++运行时反射实现原理实现 一直在研究如何巧妙地在c++语言层面上实现反射功能,boost库内有一个magic_get的反射,但是它是基于编译时的模板反射,给使用者的感觉来说,虽然是非侵入式的,但是使用上不够灵活,下面...

    c++运行时反射实现原理

    一直在研究如何巧妙地在c++语言层面上实现反射功能,boost库内有一个magic_get的反射,但是它是基于编译时的模板反射,给使用者的感觉来说,虽然是非侵入式的,但是使用上不够灵活,下面直接上代码,看看运行时的反射是怎么实现的。

    c++11运行时反射代码实现

    //main.cpp
    
    #include <iostream>
    #include <map>
    #include <vector>
    
    template <class T> struct id{};
    
    std::map<int, std::string> id_classname_map;
    
    class REGISTER_TYPE_TOOL{
    public:
        REGISTER_TYPE_TOOL(std::string class_name, int id){
            if(!id_classname_map.count(id)){
                id_classname_map[id] = class_name;
            }
        }
    };
    
    //注册基本数据类型,也可以注册自定义的结构体类型
    #define REGISTER_TYPE(Type, Index, size)             \
         REGISTER_TYPE_TOOL reg_tool##Index(#Type, Index);\
         int type_to_id(id<Type>)  { return Index; } \
         std::size_t type_size(id<Type>) { return size; } \
    
    
        REGISTER_TYPE(unsigned short       , 1, sizeof(unsigned short))
        REGISTER_TYPE(unsigned int          , 2, sizeof(unsigned int))
        REGISTER_TYPE(unsigned long long    , 3, sizeof(unsigned long long))
        REGISTER_TYPE(signed char           , 4, sizeof(signed char))
        REGISTER_TYPE(short                 , 5, sizeof(short))
        REGISTER_TYPE(int                   , 6, sizeof(int))
        REGISTER_TYPE(long long             , 7, sizeof(long long ))
        REGISTER_TYPE(unsigned char         , 8, sizeof(unsigned char))
        REGISTER_TYPE(char                  , 9, sizeof(char))
        REGISTER_TYPE(wchar_t               , 10, sizeof(wchar_t))
        REGISTER_TYPE(long                  , 11, sizeof(long))
        REGISTER_TYPE(unsigned long         , 12, sizeof(unsigned long))
        REGISTER_TYPE(void*                 , 13, sizeof(void*))
        REGISTER_TYPE(const void*           , 14, sizeof(const void*))
        REGISTER_TYPE(char16_t              , 15, sizeof(char16_t))
        REGISTER_TYPE(char32_t              , 16, sizeof(char32_t ))
        REGISTER_TYPE(float                 , 17, sizeof(float))
        REGISTER_TYPE(double                , 18, sizeof(double))
        REGISTER_TYPE(long double           , 19, sizeof(long double))
        REGISTER_TYPE(char *           , 20, sizeof(char *))
    
    
        std::map<int, std::size_t > id_size_map;
    
         std::size_t id_to_size(int id){
             if(id_size_map.count(id)){
                 return id_size_map[id];
             }else {
                 return 0;
             }
         }
    
    //用于运行时动态反射结构体字段信息的工具类
    template <class T>
    class init {
    public:
        static std::vector<int> *type_ids;
        static bool is_init;
        template <class Type>
        operator Type() {
            if(!is_init){
                int type_id = type_to_id(id<Type>{});
                type_ids->push_back(type_id);
                if(id_size_map.count(type_id) == 0){
                    id_size_map[type_id] = sizeof(Type);
                }
            }
            return Type{};
        }
        template <class Type>
        static void Init(Type){
            is_init = true;
        }
    };
    
    template <class T>
    std::vector<int> *init<T>::type_ids = new std::vector<int>;
    
    template <class T>
    bool init<T>::is_init = false;
    
    #define INIT(Class) (init<Class>{})
    
    #define INIT_TYPE(Class) init<Class>::Init(Class{})
    
    
    template <class Type>
    int get_fields_count(){
        return static_cast<int>(init<Type>::type_ids->size());
    }
    
    
    template <class Type, class Res>
    Res get_field_value_by_idx(Type &type, int idx){
        if(idx == 0){
            return *((Res*)((size_t)&type));
        }
    
        int offset = 0;
        for (int i = 0; i < idx; ++i) {
            int s = static_cast<int>(id_to_size((*init<Type>::type_ids)[i]));
            for (int j = 0; j < s; ++j) {
                offset++;
            }
        }
        return *((Res*)((size_t)&type + (size_t)offset));
    }
    
    template <class Type>
    std::string get_field_type_by_idx(int idx){
        return id_classname_map[(*init<Type>::type_ids)[idx]];
    }
    
    template <class Type, class ValType>
    void set_field_value_by_idx(Type &type, int idx, ValType val){
        if(idx == 0){
            *((ValType*)((size_t)&type)) = val;
        }
    
        int offset = 0;
        for (int i = 0; i < idx; ++i) {
            int s = static_cast<int>(id_to_size((*init<Type>::type_ids)[i]));
            for (int j = 0; j < s; ++j) {
                offset++;
            }
        }
        *((ValType*)((size_t)&type + (size_t)offset)) = val;
    }
    
    #define  GetAttrOffSet(CLASSTYPE, Attr)  (size_t)(&((CLASSTYPE*)0x000)->Attr)
    
    #pragma pack(1) //让结构体不进行内存对齐
    class Data{
    public:
        Data(){
    
        }
    
        Data(short a, short b, char c, double d) : a(a), b(b), c(c), d(d) {}
    
    private:
        short a = INIT(Data);
        short b = INIT(Data);
        char c = INIT(Data);
        double d = INIT(Data);
    };
    #pragma pack()
    
    
    
    
    int main(){
    
        INIT_TYPE(Data);
        Data data(100, 23, 'a', 1.0);
        //通过字段索引给字段设置值
        set_fileds_value_by_idx<Data, short>(data, 0, 9);
        //通过字段索引获取字段的值
        std::cout << get_field_value_by_idx<Data, short>(data, 0) << "\n";
    
    
        for (int i = 0; i < get_fields_count<Data>(); ++i) {
            std::cout
            << " type:" << get_field_type_by_idx<Data>(i)
            << " size: " << id_to_size((*init<Data>::type_ids)[i])
            << "\n";
        }
        return 0;
    }
    
    

    结语

    通过上面代码的演示,我们完美的解决了运行时对结构体字段进行反射。

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  • 假设我有一个接口由3个A,B,C类实现public interface MyInterface {doJob();}现在使用反射我想调用每个类Class> processor = Class.forName("com.foo.A");Object myclass = processor.newInstance();我不能将整个...

    我是反思的新手.我看过一些问题和教程.

    假设我有一个接口由3个A,B,C类实现

    public interface MyInterface {

    doJob();

    }

    现在使用反射我想调用每个类

    Class> processor = Class.forName("com.foo.A");

    Object myclass = processor.newInstance();

    我不能将整个过程限制为特定类型,而不是创建对象.

    我想只调用MyInterface类型类.

    如果我传递com.foo.A它应该创建一个类对象,com.foo.B应该做B类对象,但如果我传递一些com.foo.D谁存在但仍然没有实现MyInterface不应该被调用.

    我怎样才能做到这一点?

    解决方法:

    尝试

    MyInterface newInstance(String className) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {

    Class> cls = Class.forName(className);

    if (!MyInterface.class.isAssignableFrom(cls)) {

    throw new IllegalArgumentException();

    }

    return (MyInterface) cls.newInstance();

    }

    标签:java,class,reflection,interface

    来源: https://codeday.me/bug/20190725/1535754.html

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  • PHP具有完整的反射 API,提供了对类、接口、函数、方法和扩展进行逆向工程的能力。通过类的反射提供的能力我们能够知道类是如何被定义的,它有什么...本文主要是讲解如何利用类的反射实现依赖注入(Dependency Inj...

    PHP具有完整的反射 API,提供了对类、接口、函数、方法和扩展进行逆向工程的能力。通过类的反射提供的能力我们能够知道类是如何被定义的,它有什么属性、什么方法、方法都有哪些参数,类文件的路径是什么等很重要的信息。也正式因为类的反射很多PHP框架才能实现依赖注入自动解决类与类之间的依赖关系,这给我们平时的开发带来了很大的方便。

    本文主要是讲解如何利用类的反射来实现依赖注入(Dependency Injection),并不会去逐条讲述PHP Reflection里的每一个API,详细的API参考信息请查阅官方文档本文主要和大家介绍PHP类的反射来实现依赖注入过程以及相关知识点分享,对此有兴趣的朋友跟着小编学习下吧,希望能帮助到大家。

    为了更好地理解,我们通过一个例子来看类的反射,以及如何实现依赖注入。

    下面这个类代表了坐标系里的一个点,有两个属性横坐标x和纵坐标y。

    /**

    * Class Point

    */

    class Point

    {

    public $x;

    public $y;

    /**

    * Point constructor.

    * @param int $x horizontal value of point's coordinate

    * @param int $y vertical value of point's coordinate

    */

    public function __construct($x = 0, $y = 0)

    {

    $this->x = $x;

    $this->y = $y;

    }

    }

    接下来这个类代表圆形,可以看到在它的构造函数里有一个参数是Point类的,即Circle类是依赖与Point类的。

    class Circle

    {

    /**

    * @var int

    */

    public $radius;//半径

    /**

    * @var Point

    */

    public $center;//圆心点

    const PI = 3.14;

    public function __construct(Point $point, $radius = 1)

    {

    $this->center = $point;

    $this->radius = $radius;

    }

    //打印圆点的坐标

    public function printCenter()

    {

    printf('center coordinate is (%d, %d)', $this->center->x, $this->center->y);

    }

    //计算圆形的面积

    public function area()

    {

    return 3.14 * pow($this->radius, 2);

    }

    }

    ReflectionClass

    下面我们通过反射来对Circle这个类进行反向工程。

    把Circle类的名字传递给reflectionClass来实例化一个ReflectionClass类的对象。

    $reflectionClass = new reflectionClass(Circle::class);

    //返回值如下

    object(ReflectionClass)#1 (1) {

    ["name"]=>

    string(6) "Circle"

    }

    反射出类的常量

    $reflectionClass->getConstants();

    返回一个由常量名称和值构成的关联数组

    array(1) {

    ["PI"]=>

    float(3.14)

    }

    通过反射获取属性

    $reflectionClass->getProperties();

    返回一个由ReflectionProperty对象构成的数组

    array(2) {

    [0]=>

    object(ReflectionProperty)#2 (2) {

    ["name"]=>

    string(6) "radius"

    ["class"]=>

    string(6) "Circle"

    }

    [1]=>

    object(ReflectionProperty)#3 (2) {

    ["name"]=>

    string(6) "center"

    ["class"]=>

    string(6) "Circle"

    }

    }

    反射出类中定义的方法

    $reflectionClass->getMethods();

    返回ReflectionMethod对象构成的数组

    array(3) {

    [0]=>

    object(ReflectionMethod)#2 (2) {

    ["name"]=>

    string(11) "__construct"

    ["class"]=>

    string(6) "Circle"

    }

    [1]=>

    object(ReflectionMethod)#3 (2) {

    ["name"]=>

    string(11) "printCenter"

    ["class"]=>

    string(6) "Circle"

    }

    [2]=>

    object(ReflectionMethod)#4 (2) {

    ["name"]=>

    string(4) "area"

    ["class"]=>

    string(6) "Circle"

    }

    }

    我们还可以通过getConstructor()来单独获取类的构造方法,其返回值为一个ReflectionMethod对象。

    $constructor = $reflectionClass->getConstructor();

    反射出方法的参数

    $parameters = $constructor->getParameters();

    其返回值为ReflectionParameter对象构成的数组。

    array(2) {

    [0]=>

    object(ReflectionParameter)#3 (1) {

    ["name"]=>

    string(5) "point"

    }

    [1]=>

    object(ReflectionParameter)#4 (1) {

    ["name"]=>

    string(6) "radius"

    }

    }

    依赖注入

    好了接下来我们编写一个名为make的函数,传递类名称给make函数返回类的对象,在make里它会帮我们注入类的依赖,即在本例中帮我们注入Point对象给Circle类的构造方法。

    //构建类的对象

    function make($className)

    {

    $reflectionClass = new ReflectionClass($className);

    $constructor = $reflectionClass->getConstructor();

    $parameters = $constructor->getParameters();

    $dependencies = getDependencies($parameters);

    return $reflectionClass->newInstanceArgs($dependencies);

    }

    //依赖解析

    function getDependencies($parameters)

    {

    $dependencies = [];

    foreach($parameters as $parameter) {

    $dependency = $parameter->getClass();

    if (is_null($dependency)) {

    if($parameter->isDefaultValueAvailable()) {

    $dependencies[] = $parameter->getDefaultValue();

    } else {

    //不是可选参数的为了简单直接赋值为字符串0

    //针对构造方法的必须参数这个情况

    //laravel是通过service provider注册closure到IocContainer,

    //在closure里可以通过return new Class($param1, $param2)来返回类的实例

    //然后在make时回调这个closure即可解析出对象

    //具体细节我会在另一篇文章里面描述

    $dependencies[] = '0';

    }

    } else {

    //递归解析出依赖类的对象

    $dependencies[] = make($parameter->getClass()->name);

    }

    }

    return $dependencies;

    }

    定义好make方法后我们通过它来帮我们实例化Circle类的对象:

    $circle = make('Circle');

    $area = $circle->area();

    /*var_dump($circle, $area);

    object(Circle)#6 (2) {

    ["radius"]=>

    int(1)

    ["center"]=>

    object(Point)#11 (2) {

    ["x"]=>

    int(0)

    ["y"]=>

    int(0)

    }

    }

    float(3.14)*/

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空空如也

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反射怎么实现的