1. 什麼是Java反射，有什麼用？
反射使程序代碼能夠接入裝載到JVM中的類的內部信息，允許在編寫與執行時，而不是源代碼中選定的類協作的代碼，是以開發效率換運行效率的一種手段。這使反射成爲構建靈活應用的主要工具。
反射可以：
調用一些私有方法，實現黑科技。比如雙卡短信發送、設置狀態欄顏色、自動掛電話等。
實現序列化與反序列化，比如PO的ORM，Json解析等。
實現跨平臺兼容，比如JDK中的SocketImpl的實現
通過xml或註解，實現依賴注入(DI)，註解處理，動態代理，單元測試等功能。比如Retrofit、Spring或者Dagger
2. Java Class文件的結構
在*.class文件中，以Byte流的形式進行Class的存儲，通過一系列Load，Parse後，Java代碼實際上可以映射爲下圖的結構體，這裏可以用javap命令或者IDE插件進行查看。
typedef struct {
u4 magic;/*0xCAFEBABE*/
u2 minor_version; /*網上有表可查*/
u2 major_version; /*網上有表可查*/
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;常量池(constant pool):類似於C中的DATA段與BSS段，提供常量、字符串、方法名等值或者符號（可以看作偏移定值的指針）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: 一個長度爲u2的指針，指向常量池中真正的地址，將在Link階段進行符號解引。
filed: 字段信息，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，並指向常量池：
它的結構體如下，詳細在這裏
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];
}以上具體內容可以參考
3. Java Class加載的過程
Class的加載主要分爲兩步
第一步通過ClassLoader進行讀取、連結操作
第二步進行Class的
<clinit>()初始化。
3.1. Classloader加載過程
ClassLoader用於加載、連接、緩存Class，可以通過純Java或者native進行實現。在JVM的native代碼中，ClassLoader內部維護着一個線程安全的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，在獲得類名後，通過讀取文件、網絡上的class字節流反序列化爲JVM中native的C結構體，接着malloc內存，並將指針緩存在HashTable中。
下面是非數組情況下ClassLoader的流程
find/load: 將文件反序列化爲C結構體。
Class反序列化的流程
link: 根據Class結構體常量池進行符號的解引。比如對象計算內存空間，創建方法表，native invoker，接口方法表，finalizer函數等工作。
3.2. 初始化過程
當ClassLoader加載Class結束後，將進行Class的初始化操作。主要執行<clinit()>的靜態代碼段與靜態變量（取決於源碼順序）。
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
}
}具體參考如下：
在完成初始化後，就是Object的構造<init>了，本文暫不討論。
4. 反射在native的實現
反射在Java中可以直接調用，不過最終調用的仍是native方法，以下爲主流反射操作的實現。
4.1. Class.forName的實現
Class.forName可以通過包名尋找Class對象，比如Class.forName("java.lang.String")。
在JDK的源碼實現中，可以發現最終調用的是native方法forName0()，它在JVM中調用的實際是findClassFromClassLoader()，原理與ClassLoader的流程一樣，具體實現已經在上面介紹過了。
4.2. getDeclaredFields的實現
在JDK源碼中，可以知道class.getDeclaredFields()方法實際調用的是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的大小分配內存、創建數組將數組進行forEach循環，通過
fields[]中的信息依次創建Object對象返回數組指針
主要慢在如下方面
創建、計算、分配數組對象
對字段進行循環賦值
4.3. Method.invoke的實現
以下爲無同步、無異常的情況下調用的步驟
創建Frame
如果對象flag爲native，交給native_handler進行處理
在frame中執行java代碼
彈出Frame
返回執行結果的指針
主要慢在如下方面
需要完全執行ByteCode而缺少JIT等優化
檢查參數非常多，這些本來可以在編譯器或者加載時完成
4.4. class.newInstance的實現
檢測權限、預分配空間大小等參數
創建Object對象，並分配空間
通過Method.invoke調用構造函數(
<init>())返回Object指針
主要慢在如下方面
參數檢查不能優化或者遺漏
<init>()的查表Method.invoke本身耗時
5. 附錄
5.1. JVM與源碼閱讀工具的選擇
初次學習JVM時，不建議去看Android Art、Hotspot等重量級JVM的實現，它內部的防禦代碼很多，還有android與libcore、bionic庫緊密耦合，以及分層、內聯甚至能把編譯器的語義分析繞進去，因此找一個教學用的、嵌入式小型的JVM有利於節約自己的時間。因爲以前折騰過OpenWrt，聽過有大神推薦過jamvm，只有不到200個源文件，非常適合學習。
在工具的選擇上，個人推薦SourceInsight。對比了好幾個工具clion，vscode，sublime，sourceinsight，只有sourceinsight對索引、符號表的解析最準確。
5.2. 關於幾個ClassLoader
參考這裏
ClassLoader0：native的classloader，在JVM中用C寫的，用於加載rt.jar的包，在Java中爲空引用。
ExtClassLoader: 用於加載JDK中額外的包，一般不怎麼用
AppClassLoader: 加載自己寫的或者引用的第三方包，這個最常見
例子如下
//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@4b67cf4d//which class you create or jars from thirdParty//第一個非常有歧義，但是它的確是AppClassLoaderClassLoader.getSystemClassLoader();
com.test.App.getClass().getClassLoader();Class.forName("ccom.test.App").getClassLoader()//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66d3c617//Class loaded in ext jarClass.forName("sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService")//null, class loaded in rt.jarString.class.getClassLoader()Class.forName("java.lang.String").getClassLoader()Class.forName("java.lang.Class").getClassLoader()Class.forName("apple.launcher.JavaAppLauncher").getClassLoader()最後就是getContextClassLoader()，它在Tomcat中使用，通過設置一個臨時變量，可以向子類ClassLoader去加載，而不是委託給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);
}最後還有一些自定義的ClassLoader，實現加密、壓縮、熱部署等功能，這個是大坑，晚點再開。
5.3. 反射是否慢？
在Stackoverflow上認爲反射比較慢的程序員主要有如下看法
驗證等防禦代碼過於繁瑣，這一步本來在link階段，現在卻在計算時進行驗證
產生很多臨時對象，造成GC與計算時間消耗
由於缺少上下文，丟失了很多運行時的優化，比如JIT(它可以看作JVM的重要評測標準之一)
當然，現代JVM也不是非常慢了，它能夠對反射代碼進行緩存以及通過方法計數器同樣實現JIT優化，所以反射不一定慢。
更重要的是，很多情況下，你自己的代碼纔是限制程序的瓶頸。因此，在開發效率遠大於運行效率的的基礎上，大膽使用反射，放心開發吧。
參考文獻
原文：http://www.codeceo.com/article/java-jvm.html