你不得不知道的反射 (非常重要)

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发布于: 2020 年 12 月 26 日
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刚开始学Java 一般不太会关注到反射，但是如果看很多框架的源码，发现反射无处不在。最近一个业务需求中用了反射，感觉非常丝滑。
前言鲁班: 什么是反射？
安琪拉: 反射是Java 中提供的运行期获取对象信息的能力。先记住二个关键词：运行期、对象信息。
鲁班: 那为什么Java 需要反射呢？ 需要在运行期获取对象信息呢？
安琪拉: 比如你希望调用某个对象的方法，例如下面这段代码:
在这里插入图片描述
angela 对象你如果运行期不知道它是否有dance 方法, 可以调用 getClass().getMethod("dance") 判断一下。
鲁班: 那岂不是很弱鸡，我可以直接调 angela.dance() 方法啊！
安琪拉: 你要用 angela.dance() 方法，包里是不是需要 import Angela 类，一定要有确定的Angela 对象，很多框架场景，是不知道目标对象的Class类型的，要动态获取对象的类类型。
鲁班: 我知道了，反射就是运行的时候知道这个对象能不能调某个方法。
安琪拉: 不止如此，反射就是对于任意一个对象，我们能够运行时访问它的方法和属性。
鲁班: 为什么强调运行时？
安琪拉: 因为是编译期，类型是确定的，很多时候在拿不到确定的对象的属性和值的时候，需要运行时动态调用方法或获取属性。后面会介绍一个通用框架能力通过反射实现的sample。
先说 Java 反射API相关的类有下面几个：
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这里可以引出一个很有意思的话题，Java 中一切皆对象，那Class 也是对象，另外所有对象都有对应的Class(类)，Class(类)就像饼干模板，Object(对象)是根据Class(类) 做出的饼干，那JDK 加载时先有Class 还是先有Object 呢？如何加载 ？这个可以留个思考题。
真实业务场景鲁班: 那知道反射有什么用？ 对我平常写 curd 有帮助吗？
安琪拉: 有几点原因要知道反射，一个是一些框架代码里面会有很多反射，例如， 我们经常接触的动态代理， Spring的自定义注解。另外我们如果希望把从业务层代码抽象出一些平台能力，就可以用反射。
鲁班: 你这么说没有体感，能不能举个例子?
安琪拉: 那你继续说说上次你的需求。
鲁班：你说我最近接到了一个需求啊，要在下路把对方每一波过来的小兵做标注，只有遇到特定的小兵，我才开火。
安琪拉: 那这些小兵有什么特点呢？ 你打算怎么精准定位要开火的小兵？
鲁班：如果小兵身上的符文是红色符文（除此以外，还有蓝色符文和紫色符文），法术防御是魔法防御(除此以外,还有物理防御)，我只对这些小兵开火，当然咯，可能以后还需要对带各种属性组合的小兵进行开火打击。
安琪拉: 需求我大概清楚了，你有思路了吗？我们先把模型建立起来，如下图所示，是小兵的模型
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鲁班：你上次说了，写业务代码的时候要考虑通用性和可扩展性，但是这个功能也能用反射吗？
安琪拉: 我们拆解一下需求，希望对于指定对象，这个对象上具有指定属性值或某些属性值时，我们做一些后置业务处理。这个是我们做的业务逻辑抽象。
在这里插入图片描述
安琪拉: 我们列一下有几个变量: 对象不确定、提取的属性不确定、 提取属性的个数不确定、属性值不确定，最后是要做的后续业务处理逻辑不确定。怎么把模型做的足够通用呢？ 我们来设计一下。
鲁班：但是产品给我这个需求就是判断小兵对象的符文和防御属性值啊？
安琪拉: 如果只是按照产品的需求搞，以后有的改，所以索性一次把模型设计的通用。我们可以这个搞：
在这里插入图片描述
安琪拉: 我们抽象后可以把这个服务叫做定位服务，如上所示，我们希望无论是什么对象，可以判断对象的指定属性值和预期值是否一致。这里用反射获取到属性的get 方法，然后调用get 方法获取属性值，和预期值做比较，这里 getReadMethod 方法为了方便说明做了简化，很多情况没写进入，比如属性是boolean 类型，get方法前缀是is，比如是父类或接口的方法等等。
鲁班：这样写有什么好处呢？
安琪拉: 这样就把原来的只对Batman 对象的属性做判断做了一层抽象，这样以后类似的需求都可以满足了。我们来做一下对比：
在这里插入图片描述
鲁班：这二个方案都是判断 batman（小兵）身上带的 rune（符文）是不是红色，如果是红色，就开火。但是新方案用了反射，有什么优势吗？
安琪拉: 实际业务场景里面，规则往往比这个复杂很多，而且还会一直变化，怎么把方案做的通用性和可扩展性更新，同时性能损耗减少到最少使我们要考虑的问题。例如：产品经理跟你说，这次除了对batman（小兵）身上带的 rune（符文）一定是红色开火，条件还要加一条必须盔甲是防法术伤害的才开火，或者是二者满足其中一条就开火，除了batman（小兵）做判断，也要对野怪、对方英雄做属性值判断。
鲁班：你的意思是业务需求这么变，我用反射做了通用性功能，可以不需要重复写代码吗？
安琪拉: 对呀。到时候你可以抽更多时间来研究🔫的技能。
鲁班：用反射可以实现对不同对象做业务逻辑处理，我可以理解，但是你刚才说的那些条件之前的业务规则，比如同时满足，二者满足其一就可以怎么能做到复用呢？
安琪拉: 你可以建一个规则表，一个条件表，规则表中有规则的场景、规则关联的条件(可以多个)，条件之前的关系。条件的关系你可以设计的灵活一些，支持四类：
simple 简单条件，满足一个属性值就符合
and 多个条件都要满足
or 多个条件满足其中一个
expression 表达式，如果上面都满足不了，你还可以支持自定义表达式，例如: (A & B) | (C &D)
以上面的需求举例，条件表存二条记录，分别是
propertyKey="rune" , propertyValue= "red", conditionName="****", conditionId="**"
propertyKey="armor" , propertyValue= "magic-defend", conditionName="****", conditionId="**"
规则定为:
条件组: 条件1,条件2
条件关系: and （代表条件都要满足）
然后你的产品经理需求变更了，你只需要新增规则和条件，或者修改规则表的记录就可以了。
鲁班：既然都说到这个份上了，能给写段代码吗？ 干说不练假把式
安琪拉: 好的，如下图代码所示，这套带有规则的反射可以应付来自产品各种花样需求了。
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鲁班：那规则表和条件表我都建在数据库吗？
安琪拉: 有配置中心，可以把表建在配置中心，本地做份缓存, 没有放在数据库也可以，做好一致性。
鲁班：并发量非常高的时候，反射不会影响程序的性能吗？ 听说反射很耗性能。
安琪拉: 反射的确对性能有损耗，但你知道反射为什么影响性能吗？ 性能主要损耗在哪里？
鲁班： 不知道。
反射性能问题安琪拉: 反射影响性能是因为运行时，程序需要动态解析的类型，例如Class.getDeclaredMethod 的时候方法方法的类型都是运行时检查，Java虚拟机也没办法优化，每次Method 执行都要从Class 类信息中加载，我们知道类的方法信息是放在单独的方法区的，对象在堆区，但是相比于反射带来的便利，如果不是高并发需要十分频繁的调用，反射的性能损耗可以忽略，并且反射性能损耗也有方法优化降低。
鲁班：怎么优化反射的性能损耗？
安琪拉: 例如，我们前面每次调 locateObject 时都需要查找Method，我们可以把第一次查找的 Method 缓存起来，下次就不需要再调Class.getDeclaredMethod了。我们可以看下Class.getDeclaredMethod 内部处理逻辑，是比较耗性能的。
下图是截取的一段源码：
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鲁班：那如果我要用反射，这个性能问题需要我自己做缓存吗？
安琪拉: 其实已经有现成的框架想到了反射的性能问题，因此可以直接用就好了。
鲁班：啊。。。在哪里？
安琪拉: 就是大名鼎鼎的 springframework 的 BeanUtils，我们上面的那段自己实现的获取Method的代码可以改写成如下这样：
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在BeanUtils中实现了Method 的缓存。
我们对反射做一个简单的性能测试, 对反射代码执行100万次，打印耗时, 同时看Cpu、堆内存和非堆内存占用情况：
在这里插入图片描述
性能指标截图如下:
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CPU、内存反射和常规内存占用基本差别不到，100万次耗时多290ms左右，
100万次反射调用：
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299ms，多次执行，在上下浮动。因此使用Spring framework提供的BeanUtils 包，反射性能影响很少。
在阿里巴巴开发规约有一条
【强制】避免用Apache Beanutils进行属性的copy。说明：Apache BeanUtils性能较差，可以使用其他方案比如Spring BeanUtils, Cglib BeanCopier，注意均是浅拷贝。反例：[性能提升300%：Apache的BeanUtils的坑]
Apache BeanUtils 在类似copyProperties 方法实现机制上和Spring BeanUtils 略有不同，Apache BeanUtils 拷贝机制做了各种转换和解析逻辑, 导致性能变差，大家使用的时候注意区分。
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