Skip to content

Latest commit

 

History

History
717 lines (538 loc) · 28.8 KB

深入理解反射.md

File metadata and controls

717 lines (538 loc) · 28.8 KB
Raw

深入理解 反射

目录

  1. 前言
  2. 反射的定义以及基本使用
    • Class
    • Member
    • Array and Enumerated
  3. JVM 是如何实现反射的？
    • 委派实现
    • 本地实现
    • 动态实现
  4. 反射性能开销体现在哪？
  5. 如何优化反射性能开销？
  6. 参考

前言

本文主要参考 JVM 是如何实现反射的？，但是这篇文章需要购买才能阅读，有兴趣的可以支持一下原作者。

但是笔者在测试的过程中发现两个问题：

  1. 关闭 Inflation 机制并不会减少反射调用耗时
  2. 增加类型 Profile 默认数量并不会减少反射调用耗时

可能是我的测试方法有误，有理解的小伙伴可以拉我一把哇～

反射的定义以及基本使用

反射是 Java 语言中一个相当重要的特性，它允许正在运行的 Java 程序观测，甚至是修改程序的动态行为。表现为如下两点：

  1. 对于任意一个类，都能知道这个类的所有属性和方法
  2. 对于任意一个对象，都能调用它的任意一个属性和方法

反射涉及的 API 分为三类：Class、Member（Field、Method、Constructor）、Array and Enumerated。详细的基本使用可以参考我以前写的文章 反射基础使用，或者翻阅一下 官方文档。

这里只是简单的概括一下，已经熟悉的小伙伴可以跳过啦~~~

Class

获取 Class 的五种方式：

public final class Main {

    enum E {
        A, B
    }

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

        // 1. Object.getClass()
        Main main = new Main();
        Class<?> clazzMain = main.getClass();

        Class<?> clazzEnum = E.A.getClass();

        String[] strings = new String[20];
        Class<?> clazzStrings = strings.getClass();

        // 2. The .class Syntax
        Class<?> clazzMainSyntax = Main.class;

        Class<?> clazzBoolean = boolean.class;

        Class<?> clazzIntArray = int[][][].class;

        // 3. Class.forName()
        Class<?> clazzMainName = Class.forName("Main");

        Class<?> clazzDoubleArray = Class.forName("[D");
        Class<?> clazzStringArray = Class.forName("[[Ljava.lang.String;");

        // 4. TYPE Field for Primitive Type Wrappers
        Class<?> clazzDouble = Double.TYPE;
        Class<?> clazzVoid = Void.TYPE;

        // 5. Methods that Return Classes
        Class<?> clazzSuperclass = Main.class.getSuperclass();

        Class<?>[] clazzClasses = Main.class.getClasses();

        Class<?>[] clazzDeclaredClasses = Main.class.getDeclaredClasses();

        Class<?> clazzMainEnclose = Main.class.getEnclosingClass();
    }
}

Member

Member 可能有的小伙伴没怎么见过，它只是一个接口，有三个我们最常见的三个实现类：

  1. Field
  2. Method
  3. Constructor

这里多说一点，这三个实现类都有一个相同的父类，AccessibleObject，在访问私有属性时需要设置 setAccessible 关闭访问权限检查，就是出自这个类里面的方法。

由于篇幅限制，下面就只举例 Field 的使用，其他请参考官方文档：

public final class Main<T> {

    private String s;
    public static final int AGE = 18;
    public float aFloat = 0f;
    public boolean[][] booleans;
    public List<String> list = new ArrayList<>();
    public T t;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = Class.forName("Main");
        Object object = clazz.getConstructor().newInstance();
        for (Field field : clazz.getDeclaredFields()) {
            if (Modifier.isPrivate(field.getModifiers())) {
                field.setAccessible(true);
            }
            System.out.println(field.getGenericType());
            System.out.println(field.get(object));
            System.out.println(Modifier.toString(field.getModifiers()));
            System.out.println();
        }
    }
}

Arrays and Enumerated Types

这一小节讲的是两种特殊类型：数组和枚举。我是基本上从来没用过...

所以就简单的熟悉一下 API 好了。

Arrays
public final class Main<T> {

    public String[] strings = new String[]{"Demo", "Text"};

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = Main.class;
        Object object = clazz.getConstructor().newInstance();
        Field field = clazz.getField("strings");
        if (field.getType().isArray()){
            System.out.println(field.getName());
            System.out.println(field.getGenericType());
            String[] stringArray = (String[]) field.get(object);
            for (String s : stringArray) {
                System.out.println(s);
            }
        }

        // 创建一维数组
        Object array = Array.newInstance(int.class, 2);
        Array.set(array, 0, 2333);
        Array.set(array, 1, 2333333);
        System.out.println(Array.get(array, 1));

        // 创建二维数组
        // 1 2
        // 3 4
        Object matrix = Array.newInstance(int.class, 2, 2);
        Object row1 = Array.get(matrix, 0);
        Object row2 = Array.get(matrix, 1);
        Array.set(row1, 0, 1);
        Array.set(row1, 1, 2);
        Array.set(row2, 0, 3);
        Array.set(row2, 1, 4);
    }
}
Enumerated Types
public final class Main {

    enum E { A, B,}

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = E.class;
        if (clazz.isEnum()) {

            System.out.println(Arrays.asList(E.values()));

            for (Field field : clazz.getFields()) {
                System.out.println(field.getName());
                System.out.println(field.getGenericType());
            }

            for (Constructor c : clazz.getDeclaredConstructors()) {
                System.out.println(c.toGenericString());
            }

            for (Method method : clazz.getDeclaredMethods()) {
                System.out.println(method.toGenericString());
            }
        }
    }
}

JVM 是如何实现反射的？

首先我们看一个反射的例子：

public class Main {

    public static void show(int i) {
        new Exception("#" + i).printStackTrace();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = Class.forName("Main");
        Method method = clazz.getMethod("show", int.class);
        method.invoke(null, 0);
    }

}

在以上代码中，调用 Method.invoke 来执行反射调用，并且为了方便查看调用了哪些类，我们打印了 show 方法的栈轨迹，如下：

java.lang.Exception: #0
	at Main.show(Main.java:8)
	at java.base/jdk.internal.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
	at java.base/jdk.internal.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
	at java.base/jdk.internal.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
	at java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:566)
	at Main.main(Main.java:14)

可以看到方法调用链是：

Method.invoke() --> DelegatingMethodAccessorImpl.invoke() --> NativeMethodAccessorImpl.invoke0()

这个时候就应该看看 Method.invoke 源码是如何实现的：

public final class Method extends Executable {
  ...
  public Object invoke(Object obj, Object... args) throws ... {
    ... // 权限检查
    MethodAccessor ma = methodAccessor;
    if (ma == null) {
      ma = acquireMethodAccessor();
    }
    return ma.invoke(obj, args);
  }
}

可以看到，实际上它是委派给了 MethodAccessor 来处理，MethodAccessor 是一个接口，它有两个已有的具体实现：一个是通过本地方法（NativeMethodAccessorImpl）来实现反射，简称本地实现；另一个则使用了委派模式（DelegatingMethodAccessorImpl），简称委派实现。

那么 MethodAccessor 实例是在哪创建的呢？

答案就在 ReflectionFactory 中：

public class ReflectionFactory {

    private static boolean initted = false;
    private static final ReflectionFactory soleInstance = new ReflectionFactory();
    // Provides access to package-private mechanisms in java.lang.reflect
    private static volatile LangReflectAccess langReflectAccess;

    /* Method for static class initializer <clinit>, or null */
    private static volatile Method hasStaticInitializerMethod;

    //
    // "Inflation" mechanism. Loading bytecodes to implement
    // Method.invoke() and Constructor.newInstance() currently costs
    // 3-4x more than an invocation via native code for the first
    // invocation (though subsequent invocations have been benchmarked
    // to be over 20x faster). Unfortunately this cost increases
    // startup time for certain applications that use reflection
    // intensively (but only once per class) to bootstrap themselves.
    // To avoid this penalty we reuse the existing JVM entry points
    // for the first few invocations of Methods and Constructors and
    // then switch to the bytecode-based implementations.
    //
    // Package-private to be accessible to NativeMethodAccessorImpl
    // and NativeConstructorAccessorImpl
    private static boolean noInflation        = false;
    private static int     inflationThreshold = 15;
    
    //...
    public MethodAccessor newMethodAccessor(Method method) {
        checkInitted();

        if (Reflection.isCallerSensitive(method)) {
            Method altMethod = findMethodForReflection(method);
            if (altMethod != null) {
                method = altMethod;
            }
        }

        // use the root Method that will not cache caller class
        Method root = langReflectAccess.getRoot(method);
        if (root != null) {
            method = root;
        }

        // 这里需要注意一点，VMAnonymousClass 并不是指匿名内部类
        // 它可以看做是 JVM 里面的一个模板机制
        if (noInflation && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(method.getDeclaringClass())) {
            return new MethodAccessorGenerator().
                generateMethod(method.getDeclaringClass(),
                               method.getName(),
                               method.getParameterTypes(),
                               method.getReturnType(),
                               method.getExceptionTypes(),
                               method.getModifiers());
        } else {
            NativeMethodAccessorImpl acc =
                new NativeMethodAccessorImpl(method);
            DelegatingMethodAccessorImpl res =
                new DelegatingMethodAccessorImpl(acc);
            acc.setParent(res);
            return res;
        }
    }
}

在第一次调用反射的时候，noInflation 显然为 false，这时就会生成一个委派实现，而委派实现的的具体实现便是一个本地实现。本地实现非常容易理解，当进入 Java 虚拟机内部之后，我们便拥有了 Method 实例所指向方法的具体地址。这时候，反射调用无非就是将传入的参数准备好，然后调用进去目标方法即可。

那为什么还需要委派实现作为中间层呢？直接交给本地实现不就可以了吗？

其实，Java 的反射调用机制还设立了另一种动态生成字节码的实现（简称动态实现），直接使用 invoke 指令来调用目标方法，之所以采用委派实现，便是为了能够在本地实现以及动态实现中切换。

如注释所述，动态实现和本地实现相比，其运行效率要快上 20 倍。这是因为动态实现无需经过 Java 到 C++ 再到 Java 的切换，但由于生成字节码十分耗时，仅调用一次的话，反而是本地实现要快上 3 到 4 倍。

考虑到许多反射调用仅会执行一次，Java 虚拟机设置了一个阈值 15，当某个反射调用的调用次数在 15 之下时，采用本地实现；当达到 15 时，便开始动态生成字节码，并将委派实现的委派对象切换至动态实现，这个过程我们称之为 Inflation。

再看一下这个 inflationThreshold = 15 是在哪判断的呢？答案在本地实现中：

/** Used only for the first few invocations of a Method; afterward,
    switches to bytecode-based implementation */

class NativeMethodAccessorImpl extends MethodAccessorImpl {
    private final Method method;
    private DelegatingMethodAccessorImpl parent;
    private int numInvocations;

    NativeMethodAccessorImpl(Method method) {
        this.method = method;
    }

    public Object invoke(Object obj, Object[] args)
        throws IllegalArgumentException, InvocationTargetException
    {
        // We can't inflate methods belonging to vm-anonymous classes because
        // that kind of class can't be referred to by name, hence can't be
        // found from the generated bytecode.
        if (++numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold()
                && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(method.getDeclaringClass())) {
            MethodAccessorImpl acc = (MethodAccessorImpl)
                new MethodAccessorGenerator().
                    generateMethod(method.getDeclaringClass(),
                                   method.getName(),
                                   method.getParameterTypes(),
                                   method.getReturnType(),
                                   method.getExceptionTypes(),
                                   method.getModifiers());
            parent.setDelegate(acc);
        }

        return invoke0(method, obj, args);
    }

    void setParent(DelegatingMethodAccessorImpl parent) {
        this.parent = parent;
    }

    private static native Object invoke0(Method m, Object obj, Object[] args);
}

每次 NativeMethodAccessorImpl.invoke 方法被调用时，都会增加一次计数器，看超过阈值没有；一旦超过，则调用 MethodAccessorGenerator.generateMethod 来生成 Java 版的 MethodAccessor 的实现类，并且改变 DelegatingMethodAccessorImpl 所引用的 MethodAccessor 为 Java 版。后续经由 DelegatingMethodAccessorImpl.invoke 调用就是 Java 版的实现了。

这里，我在翻译一下开头注释：在前几次的反射调用时会使用本地实现，之后会生成字节码，切换至基于字节码的动态实现。

在 MethodAccessorGenerator#generateMethod 中看起来是通过 ASM（一个知名字节码操作库）来生成字节码的。我们看一下 MethodAccessorGenerator#generateName 方法：

    private static synchronized String generateName(boolean isConstructor,
                                                    boolean forSerialization)
    {
        if (isConstructor) {
            if (forSerialization) {
                int num = ++serializationConstructorSymnum;
                return "jdk/internal/reflect/GeneratedSerializationConstructorAccessor" + num;
            } else {
                int num = ++constructorSymnum;
                return "jdk/internal/reflect/GeneratedConstructorAccessor" + num;
            }
        } else {
            int num = ++methodSymnum;
            return "jdk/internal/reflect/GeneratedMethodAccessor" + num;
        }
    }

在这里，我们就能找到生成的字节码所对应的类的全限定名。

然后，我们就可以来验证一下啦，看看是不是反射调用超过十五次之后就会加载这样的一个类：

public class Main {

    public static void show(int i) {
        new Exception("# " + i).printStackTrace();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = Class.forName("Main");
        Method method = clazz.getMethod("show", int.class);

        for (int i = 1; i < 20; i++) {
            method.invoke(null, i);
        }
    }

}

执行一下命令来运行这段 Java 代码：

// PS: 现在不需要先执行 javap 再执行 java 啦~
// -verbose:class 参数会打印加载的类
java -verbose:class Main.java

// 省略 1 - 14 次，到第十五次还是本地实现
java.lang.Exception: # 15
        at Main.show(Main.java:8)
        at java.base/jdk.internal.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
        at java.base/jdk.internal.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
        at java.base/jdk.internal.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
        at java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:566)
        at Main.main(Main.java:16)

// 开始加载 GeneratedMethodAccessor 类
[0.864s][info][class,load] jdk.internal.reflect.GeneratedMethodAccessor0 source: __JVM_DefineClass__

// 第十六次还是本地实现，这时是因为字节码还未生成完
java.lang.Exception: # 16
        at Main.show(Main.java:8)
        at java.base/jdk.internal.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
        at java.base/jdk.internal.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
        at java.base/jdk.internal.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
        at java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:566)
        at Main.main(Main.java:16)
        
// 第 17 次已经使用动态实现了      
java.lang.Exception: # 17
        at Main.show(Main.java:8)
        at jdk.internal.reflect.GeneratedMethodAccessor1.invoke(Unknown Source)
        at java.base/jdk.internal.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
        at java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:566)
        at Main.main(Main.java:16)

可以推断，反射调用的第一次和第十六次是最耗时的（初始化 NativeMethodAccessorImpl 和 字节码拼装 MethodAccessorImpl）。毕竟初始化是不可避免的，而 Native 方式的初始化会更快，因此前几次的调用会采用 Native 方法。

随着调用次数的增加，每次反射都使用 JNI 跨越 Native 边界会对优化有阻碍作用，相对来说使用拼装出的字节码可以直接以 Java 调用的形式实现反射，发挥了 JIT 优化的作用，避免了 JNI 为了维护 OopMap（HotSpot 用来实现准确式 GC 的数据结构）进行封装 / 解封装的性能损耗因此在已经创建了 MethodAccessor 的情况下，使用 Java 版本的实现会比 Native 版本更快，所以当调用次数到达一定次数后，会切换成 Java 实现的版本，来优化未来可能的更频繁的反射调用。

到这里，JVM 如何实现反射就很清楚了，简单小结一下：

在默认情况下，方法的反射调用为委派实现，委派给本地实现来进行方法调用。再调用超过 15 次之后，委派实现便会将委派对象切换至动态实现。这个动态实现的字节码是自动生成的，它将直接使用 invoke 指令来调用目标方法。

反射调用的 Inflation 机制是可以通过参数（-Dsun.reflect.noInflation=true）来关闭的，这样一来，在反射调用一开始便会直接生成动态实现，而不会使用委派实现或者本地实现。

反射性能开销体现在哪？

在刚才的例子中，我们先后进行了 Class.forName，Class.getMethod 以及 Method.invoke 三个操作。其中，Class.forName 会调用本地方法，Class.getMethod 则会遍历该类的公有方法。如果没有匹配到，它还将遍历父类的公有方法，可想而知，这两个操作都非常耗时。

值得注意的是，以 getMethod 为代表的查找方法操作，会返回查找得到结果的一份拷贝。因此，我们应当避免在热点代码中使用返回 Method 数组的 getMethods 或者 getDeclaredMethods 方法，以减少不必要的堆空间消耗。

在实践中，我们往往会在应用程序中缓存 Class.forName 和 Class.getMethod 的结果，因此，下面我们就只关注反射调用本身的性能开销。

public class ReflectDemo {

    public void doSth(int i) {

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = ReflectDemo.class;
        Constructor constructor = clazz.getConstructor();
        Object object = constructor.newInstance();
        Method method = clazz.getMethod("doSth", int.class);

        ReflectDemo demo = new ReflectDemo();

        long current = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 1; i <= 2_000_000_000; i++) {
            if (i % 100_000_000 == 0) {
                long temp = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(temp - current);
                current = temp;
            }
            // 直接调用
            demo.doSth(2333);
            // 反射调用
            // method.invoke(object, 2333);
        }
    }
}

取最后五个记录的平均值，作为预热后的峰值性能，一亿次的直接调用耗时为 94ms（macOS + JDK11）然后把 94 作为基准值。

改为反射调用，传入 2333 作为反射调用的参数，测得的结果约为基准值的 3.2 倍（301ms）。

除了反射调用外，还额外做了两个操作：

第一，由于 Method.invoke 是一个变长参数方法，在字节码层面它的最后一个参数会是 Object 数组。Java 编译器会在方法调用处生成一个长度为传入参数数量的 Object 数组，并将传入参数一一存储进该数组中。

第二，由于 Object 数组不能存储基本类型，Java 编译器会对传入的基本数据类型进行自动装箱。

这两个操作除了带来性能开销外，还可能占用堆内存，使得 GC 更加频繁。

使用 -Xlog:gc 参数，打印 GC 信息，可以看到在疯狂的 GC：

// java -Xlog:gc ReflectDemo.java
// ...
[7.671s][info][gc] GC(108) Pause Young (Normal) (G1 Evacuation Pause) 301M->2M(499M) 1.087ms
[7.736s][info][gc] GC(109) Pause Young (Normal) (G1 Evacuation Pause) 301M->2M(499M) 1.132ms
[7.819s][info][gc] GC(110) Pause Young (Normal) (G1 Evacuation Pause) 301M->2M(499M) 1.219ms
[7.891s][info][gc] GC(111) Pause Young (Normal) (G1 Evacuation Pause) 301M->2M(499M) 1.159ms
[7.960s][info][gc] GC(112) Pause Young (Normal) (G1 Evacuation Pause) 301M->2M(499M) 1.172ms

那么，如何消除这部分开销呢？

关于第二个自动装箱，Java 缓存了 [-128, 127] 中所有整数所对应的 Integer 对象。当需要自动装箱的整数在这个范围之内时，便返回缓存的 Integer，否则需要新建一个 Integer 对象。

因此，我们可以使用已经缓存的 Integer 对象或者扩大 Integer 对象。以这种方式测得的结果约为基准的 2.4 倍（222ms）。

现在我们再来看看因变长参数生成的 Object 数组，既然每个反射调用对应的参数个数是固定的，那么我们可以选择在循环外新建一个 Object 数组，设置好参数并直接交给反射调用，代码如下：

public class ReflectDemo {

    public void doSth(int i) {

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = ReflectDemo.class;
        Constructor constructor = clazz.getConstructor();
        Object object = constructor.newInstance();
        Method method = clazz.getMethod("doSth", int.class);

        // 在循环外构造参数数组
        Object[] arg = new Object[1];
        arg[0] = 2333;

        long current = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 1; i <= 2_000_000_000; i++) {
            if (i % 100_000_000 == 0) {
                long temp = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(temp - current);
                current = temp;
            }
            // 反射调用
            method.invoke(object, arg);
        }
    }
}

测试的结果反而更加糟糕了，为基准值的 3.5 倍（331ms）。

再解决了自动装箱之后查看运行时的 GC 状况时，你会发现这段程序并不会触发 GC。其原因在于，原本的反射调用被内联了，从而使得即时编译器中的逃逸分析将原本新建的 Object 数组判断为不逃逸的对象。

如果一个对象不逃逸，那么即时编译器可以选择栈分配甚至是虚拟分配，也就是不占用堆空间。

如果在循环外新建数组，即时编译器无法确定这个数组会不会中途被更改，因此无法优化掉访问数组的操作，可谓是得不偿失。

前面我们提到过，可以关闭反射调用的 Inflation 机制，从而取消委派实现，直接使用动态实现。此外，每次反射调用都会检查目标方法权限，而这个检查同样可以在 Java 代码里关闭，在关闭了这权限检查机制之后，代码如下：

public class ReflectDemo {

    public void doSth(int i) {

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = ReflectDemo.class;
        Constructor constructor = clazz.getConstructor();
        Object object = constructor.newInstance();
        Method method = clazz.getMethod("doSth", int.class);
        method.setAccessible(true); // 关闭权限检查

        long current = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 1; i <= 2_000_000_000; i++) {
            if (i % 100_000_000 == 0) {
                long temp = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(temp - current);
                current = temp;
            }
            // 反射调用
            method.invoke(object, 23);
        }
    }
}

测得的结果约为基准值的 2.2 倍（204ms）。

首先，在这个例子中，之所以反射调用能够变得那么快，主要是因为即时编译器中的方法内联。在关闭了 Inflation 的情况下，内联的瓶颈在于 Method.invoke 方法中对 MethodAccessor.invoke 方法的调用。

Method.invoke.png

在生产环境中，我们往往拥有多个不同的反射调用，对应多个 GeneratedMethodAccessor，也就是动态实现。

由于 Java 虚拟机的关于上述调用点的类型 profile（注：对于 invokevirtual 或者 invokeinterface，Java 虚拟机会记录调用者的具体类型，我们称之为类型 profile）无法同时记录这么多个类，因此可能造成所测试的反射调用没有被内联的情况。

public class ReflectDemo {

    public void doSth(int i) {

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = ReflectDemo.class;
        Constructor constructor = clazz.getConstructor();
        Object object = constructor.newInstance();
        Method method = clazz.getMethod("doSth", int.class);
        method.setAccessible(true); // 关闭权限检查

        polluteProfile();

        long current = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 1; i <= 2_000_000_000; i++) {
            if (i % 100_000_000 == 0) {
                long temp = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(temp - current);
                current = temp;
            }
            // 反射调用
            method.invoke(object, 23);
        }
    }

    public static void polluteProfile() throws Exception {
        Class<?> clazz = ReflectDemo.class;
        Constructor constructor = clazz.getConstructor();
        Object object = constructor.newInstance();
        Method method1 = clazz.getMethod("target1", int.class);
        Method method2 = clazz.getMethod("target2", int.class);
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            method1.invoke(object, 0);
            method2.invoke(object, 0);
        }
    }

    public void target1(int i) {

    }

    public void target2(int i) {

    }
}

这时测试的结果为基准值的 7.2 倍（679ms）。也就是说，只要耽误了 Method.invoke 方法的类型 profile，性能开销便从 2.2 上升到 7.2 倍。

之所以这么慢，除了没有方法内联之外，另一个原因是逃逸分析不再生效。这个时候便可以在循环外构造参数数组，并直接传递给反射调用，这样子测的结果为基准值的 5.8 倍（548ms）。

除此之外，我们还可以提高 Java 虚拟机关于每个调用能够记录的类型数目（对应虚拟机参数 -XX:TypeProfileWidth，默认值为 2，这里设置为 8）。

总结

影响反射调用耗时有以下原因：

  1. 方法表查找
  2. 构建 Object 数组以及可能存在的自动装拆箱操作
  3. 运行时权限检查
  4. 方法内联/逃逸分析

如何优化反射性能开销？

  1. 尽量避免反射调用虚方法
  2. 关闭运行时权限检查
  3. 可能需要增大基本数据类型对应的包装类缓存
  4. 关闭 Inflation 机制
  5. 提高 JVM 关于每个调用能够记录的类型数目

参考

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/reflect/

JVM 是如何实现反射的？

Java反射原理简析

关于反射调用方法的一个log