Java反射之Method的invoke方法实现

短命女 2021-09-02 07:43 462阅读 0赞

使用`reflect（反射）`包下面的Field和Method类获得类的属性和方法，并对属性和方法进行操作。

在框架中经常会会用到method.invoke()方法，用来执行某个的对象的目标方法。以前写代码用到反射时，总是获取先获取Method，然后传入对应的Class实例对象执行方法。然而前段时间研究invoke方法时，发现invoke方法居然包含多态的特性，这是以前没有考虑过的一个问题。那么Method.invoke()方法的执行过程是怎么实现的？它的多态又是如何实现的呢？

本文将从java和JVM的源码实现深入探讨invoke方法的实现过程。

首先给出invoke方法多态特性的演示代码：

public class MethodInvoke {
    	public static void main(String[] args) throws Exception {
    		Method animalMethod = Animal.class.getDeclaredMethod("print");
    		Method catMethod = Cat.class.getDeclaredMethod("print");
    	
    		Animal animal = new Animal();
    		Cat cat = new Cat();
    		animalMethod.invoke(cat);
    		animalMethod.invoke(animal);
    		
    		catMethod.invoke(cat);
    		catMethod.invoke(animal);
    	}
    }
     
    class Animal {
    	public void print() {
    		System.out.println("Animal.print()");
    	}
    }
     
    class Cat extends Animal {
    	@Override
    	public void print() {
    		System.out.println("Cat.print()");
    	}
    }

代码中，Cat类覆盖了父类Animal的print()方法， 然后通过反射分别获取print()的Method对象。最后分别用Cat和Animal的实例对象去执行print()方法。其中animalMethod.invoke(animal)和catMethod.invoke(cat)，示例对象的真实类型和Method的声明Classs是相同的，按照预期打印结果；animalMethod.invoke(cat)中，由于Cat是Animal的子类，按照多态的特性，子类调用父类的的方法，方法执行时会动态链接到子类的实现方法上。因此，这里会调用Cat.print()方法；而catMethod.invoke(animal)中，传入的参数类型Animal是父类，却期望调用子类Cat的方法，因此这一次会抛出异常。代码打印结果为：

Cat.print()
    Animal.print()
    Cat.print()
    Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: object is not an instance of declaring class
    	at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    	at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
    	at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
    	at java.lang.reflect.Method.invoke(Unknown Source)
    	at com.wy.invoke.MethodInvoke.main(MethodInvoke.java:17)

接下来，我们来看看invoke()方法的实现过程。

public Object invoke(Object obj, Object... args) throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException{
            if (!override) {
                if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
                    Class<?> caller = Reflection.getCallerClass(1);
     
                    checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);
                }
            }
            MethodAccessor ma = methodAccessor;             // read volatile
        if (ma == null) {
            ma = acquireMethodAccessor();
        }
        return ma.invoke(obj, args);
    }

invoke()方法中主要分为两部分：访问控制检查和调用MethodAccessor.invoke()实现方法执行。

首先看一下访问控制检查这一块的逻辑。第一眼看到这里的逻辑的时候，很容易搞不清楚是干嘛的。通俗来讲就是通过方法的修饰符(public/protected/private/package)，来判断方法的调用者是否可以访问该方法。这是java的基础内容，不过用代码写出来，一下子不容易想到。访问控制检查分为3步：

1.  检查override，如果override为true，跳过检查；否则继续；
2.  快速检查，判断该方法的修饰符modifiers是否为public，如果是跳过检查；否则继续；
3.  详细检查，通过方法的(protected/private/package)修饰符或方法的声明类（例如子类可以访问父类的protected方法）与调用者caller之间的关系，判断caller是否有权限访问该方法。

override属性是Method的父类AccessibleObject中声明的变量，使得程序可以控制是否跳过访问权限的检查。另外，Method的实例对象中，override属性的初始值设置为false。

public void setAccessible(boolean flag) throws SecurityException {
            SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
            if (sm != null) sm.checkPermission(ACCESS_PERMISSION);
            setAccessible0(this, flag);
        }
     
        private static void setAccessible0(AccessibleObject obj, boolean flag)
            throws SecurityException
        {
            if (obj instanceof Constructor && flag == true) {
                Constructor<?> c = (Constructor<?>)obj;
                if (c.getDeclaringClass() == Class.class) {
                    throw new SecurityException("Can not make a java.lang.Class" +
                                            " constructor accessible");
            }
        }
        obj.override = flag;
    }

多说一句，Field同样继承了AccessibleObject，且Field的override也是初始化为false的，也就是说并没有按照变量的修饰符去初始化不同的值。但是我们在调用Field.set(Object obj, Object value)时，如果该Field是private修饰的，会因没有访问权限而抛出异常，因此必须调用setAccessible(true)。此处非常容易理解为因为变量是public的，所以override就被初始化为true。

invoke()方法中，访问控制检查之后，就是通过MethodAccessor.invoke()调用方法。再来看一下代码：

MethodAccessor ma = methodAccessor;             // read volatile
    if (ma == null) {
        ma = acquireMethodAccessor();
    }
    return ma.invoke(obj, args);

这里的逻辑很简单，首先将变量methodAccessor赋值给ma，在方法栈中保存一个可以直接引用的本地变量，如果methodAccessor不存在，调用acquireMethodAccessor()方法创建一个。

private volatile MethodAccessor methodAccessor;
        private Method root;
        
        private MethodAccessor acquireMethodAccessor() {
            // First check to see if one has been created yet, and take it
            // if so
            MethodAccessor tmp = null;
            if (root != null) tmp = root.getMethodAccessor();
            if (tmp != null) {
                methodAccessor = tmp;
            } else {
                // Otherwise fabricate one and propagate it up to the root
                tmp = reflectionFactory.newMethodAccessor(this);
                setMethodAccessor(tmp);
            }
     
            return tmp;
        }
     
        void setMethodAccessor(MethodAccessor accessor) {
            methodAccessor = accessor;
            // Propagate up
            if (root != null) {
                root.setMethodAccessor(accessor);
            }
        }
     
        Method copy() {
            Method res = new Method(clazz, name, parameterTypes, returnType,
                                    exceptionTypes, modifiers, slot, signature,
                                    annotations, parameterAnnotations, annotationDefault);
            res.root = this;
            res.methodAccessor = methodAccessor;
            return res;
        }

综合acquireMethodAccessor(),setMethodAccessor()以及copy()这三个方法，可以看到一个Method实例对象维护了一个root引用。当调用Method.copy()进行方法拷贝时，root指向了被拷贝的对象。那么当一个Method被多次拷贝后，调用一次setMethodAccessor()方法，就会将root引用所指向的Method的methodAccessor变量同样赋值。例如：D -> C -> B -> A，其中X-> Y表示X = Y.copy()， 当C对象调用setMethodAccessor()时，B和A都会传播赋值methodAccessor， 而D的methodAccessor还是null。紧接着，当D需要获取methodAccessor而调用acquireMethodAccessor()时，D获取root的methodAccessor， 那么D将和ABC持有相同的methodAccessor。

虽然Method中，通过维护root引用意图使相同的方法始终保持只有一个methodAccessor实例，但是上述方法仍然无法保证相同的方法只有一个methodAccessor实例。例如通过copy()使ABCD保持关系：D -> C -> B -> A， 当B对象调用setMethodAccessor()时，B和A都会赋值methodAccessor， 而C、D的methodAccessor还是null。这时D调用acquireMethodAccessor()时，D获取root也就是C的methodAccessor，发现为空，然后就新创建了一个。从而出现了相同的方法中出现了两个methodAccessor实例对象的现象。

在Class.getMethod()、Class.getDeclaredMethod()以及Class.getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)方法中最终都会调用copy()方法来保障Method使用的安全性。 在比较极端加巧合的情况下，可能会引起类膨胀的问题，这就是接下来要讲到的MethodAccessor的实现机制。

![20201111215325606.png][]

在前面代码中，MethodAccessor的创建是通过反射工厂ReflectionFactory的newMethodAccessor(Method)方法来创建的。

public MethodAccessor newMethodAccessor(Method method) {
            checkInitted();
     
        if (noInflation) {
            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;
        }
    }

其中， checkInitted()方法检查从配置项中读取配置并设置noInflation、inflationThreshold的值：

浪费时间

直接上链接：[https://blog.csdn.net/wenyuan65/article/details/81145900][https_blog.csdn.net_wenyuan65_article_details_81145900]

[20201111215325606.png]: /images/20210813/c14555b1f1124ed0bb8397625ed4c339.png
[https_blog.csdn.net_wenyuan65_article_details_81145900]: https://blog.csdn.net/wenyuan65/article/details/81145900