資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：我們找到了許多有趣的工具和組件用來檢測狀態(tài)的各個方面，其中一個就是在運(yùn)行期通過反射了解內(nèi)部機(jī)制。由于包含多種的實(shí)現(xiàn)，就是供具體實(shí)現(xiàn)比如必須繼承的抽象類。調(diào)試器框架是可擴(kuò)展的，這意味著可以通過繼承這個抽象類來使用另一個調(diào)試器。
在日常工作中，我們都習(xí)慣直接使用或者通過框架使用反射。在沒有反射相關(guān)硬編碼知識的情況下，這是Java和Scala編程中使用的類庫與我們的代碼之間進(jìn)行交互的一種主要手段。但是，使用反射僅限于JVM內(nèi)部運(yùn)行的Java和Scala代碼。假使在運(yùn)行期通過反射既能查看自己的代碼又能看到JVM的代碼，會有怎樣的效果呢 ?
當(dāng)我們開始創(chuàng)建 Takipi 的時(shí)候，試圖尋找一種通過分析JVM堆內(nèi)存來進(jìn)行一些底層優(yōu)化的有效方法，比如掃描一個托管堆塊（managed heap block）的地址空間。我們找到了許多有趣的工具和組件用來檢測JVM狀態(tài)的各個方面，其中一個就是在運(yùn)行期通過反射了解JVM內(nèi)部機(jī)制。
譯注： Takipi是一家以色列創(chuàng)業(yè)公司，發(fā)現(xiàn)了一種構(gòu)建后端服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的新方式，可以使用非常簡化的除錯流程幫助企業(yè)定位錯誤。
Java可服務(wù)性代理（Serviceablity?Agent，簡寫SA）是最強(qiáng)大和最底層的Java調(diào)試工具之一。這個強(qiáng)大的工具是HotSpot?JDK自帶的。使用它不僅可以看到堆中的Java對象，還可以看到內(nèi)部 C++?對象，包括JVM本身。那才是真正魔法開始的地方。
反射的構(gòu)成：在運(yùn)行時(shí)動態(tài)檢測和修改對象時(shí)，無論使用何種形式的反射都不能缺少兩個必要信息。第一個是想要檢測的對象引用（或者地址）；第二個是對象結(jié)構(gòu)描述，包括所有字段的偏移量以及它們的類型信息。如果支持動態(tài)方法調(diào)用，這個結(jié)構(gòu)還需要包括類方法表 （比如?vtable）的引用，以及每個方法需要的參數(shù)。
Java反射本身是非常簡單的，通過反射獲取目標(biāo)對象的引用與獲取其它方式一樣。使用 Object.getClass?通用方法（最開始從類的字節(jié)碼中加載）獲取字段和方法結(jié)構(gòu)。真正的問題是：如何反射JVM本身？
反射的關(guān)鍵：令人驚奇的是， JVM通過一套公開的輸出符號暴露了其內(nèi)部的類型系統(tǒng)。?這些符號給可服務(wù)性代理（或其他工具）提供了訪問JVM內(nèi)部類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和地址的方法。通過這些符號，幾乎可以檢測到JVM內(nèi)部在最底層運(yùn)行機(jī)制的所有方面，包括諸如原始堆地址、線程/棧地址以及編譯器內(nèi)部狀態(tài)等。
反射實(shí)戰(zhàn)：為了增加對這種方式的了解，啟動可服務(wù)性代理的HotSpot調(diào)試程序界面，可以看到正在運(yùn)行的一些功能。將 sun.jvm.hotspot.HSDB 作為主類參數(shù)啟動 sa-jdi.jar，可以看到與其它JVM功能強(qiáng)大調(diào)試工具，例如?jmap、jinfo?和?jstack等，一樣的底層信息。
具體實(shí)現(xiàn)：讓我們仔細(xì)了解這些由JVM提供的功能。這種方法的基礎(chǔ)是由?jvm 函數(shù)庫公開導(dǎo)出的 gHotSpotVMStructs?結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)暴露了JVM內(nèi)部的類型系統(tǒng)，也為我們提供了可以開始反射的根對象地址?？梢酝ㄟ^?JNI?或者?JNA訪問這個符號，調(diào)用方式與訪問動態(tài)鏈接的操作系統(tǒng)公開系統(tǒng)庫符號一樣。
接下來問題就變成：怎樣解析由?gHotSpotVMStructs 符號中地址的數(shù)據(jù)？從下表中可以看到，JVM不僅暴露了類型系統(tǒng)的地址以及根對象地址，還提供一些額外的符號用來解析需要的數(shù)據(jù)值。這些數(shù)據(jù)包括已定位的類描述符及其二進(jìn)制偏移量。
清單（manifest）： gHotSpotVMStructs 結(jié)構(gòu)指向了類及其字段的一個列表，每個類提供了一個字段列表。對于每個字段，該結(jié)構(gòu)提供了它的名稱、類型以及是否靜態(tài)字段。如果是一個靜態(tài)字段，這個結(jié)構(gòu)還會提供目標(biāo)對象的訪問地址。該地址可用作反射JVM內(nèi)部特定組件的根，包括諸如編譯器、線程處理或者收集堆系統(tǒng)等。
可以從這里檢出 Hotspot?JDK 中可服務(wù)性代理用來解析?gHotSpotVMStructs 的實(shí)際算法。
實(shí)例：既然已經(jīng)大概了解了這些功能，現(xiàn)在看一些由該接口訪問數(shù)據(jù)類型的示例。那些編寫SA代理的人，在為gHotSpotVMStructs表中的類創(chuàng)建Java封裝時(shí)克服了很多麻煩。在訪問大多數(shù)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)，這些封裝提供一套簡潔的API，不僅類型安全而且還隱藏了一些解析數(shù)據(jù)所必須的二進(jìn)制工作。
為了更好地了解這些API提供的強(qiáng)大功能，下面是其中的一些底層類介紹：
VM?是一個單例類，它暴露了JVM的許多內(nèi)部系統(tǒng)，比如線程系統(tǒng)、內(nèi)存管理以及集合功能?？梢园阉?dāng)作JVM許多子系統(tǒng)的一個入口。當(dāng)你研究API時(shí)，可以從這里入手。
JavaThread?可以讓你從JVM角度理解一個Java線程，?同時(shí)還有（編譯后的、經(jīng)過解釋的和本地）幀位置和類型的深入信息以及實(shí)際的本地堆棧和CPU寄存器信息。
CollectedHeap?可以讓你研究收集堆（collected heap）的原始內(nèi)容。由于HotSpot包含多種GC的實(shí)現(xiàn)，CollectedHeap 就是供具體實(shí)現(xiàn)比如?ParallelScavengeHeap 必須繼承的抽象類。每一個都提供包含Java對象實(shí)際地址的一組內(nèi)存區(qū)域。
當(dāng)你在看每個類的實(shí)現(xiàn)時(shí)，你會發(fā)現(xiàn)本質(zhì)上它們就是使用類似反射API來查看JVM內(nèi)存硬編碼的包裝器。
C++中的反射：這些Java包裝器中的每一個都被設(shè)計(jì)為JVM內(nèi)部一個近乎完整的C++類鏡像。我們知道，C++?沒有原生的反射能力，這就讓我們產(chǎn)生了一個疑問：如何在這之間建立的紐帶？
答案就是JVM開發(fā)者所了一些非常特別的事情。經(jīng)過一系列C++宏指令以及大量的艱苦工作，HotSpot?開發(fā)小組手動將許多內(nèi)部C++類的字段結(jié)構(gòu)映射并加載到全局的 gHotSpotVMStructs 中。這個過程就是可以從外部進(jìn)行反射的原因。在JVM編譯期間確定了實(shí)際字段偏移量的值和布局，幫助并確保了輸出結(jié)構(gòu)兼容JVM目標(biāo)操作系統(tǒng)。
跨進(jìn)程連接：可服務(wù)性代理有另外一個強(qiáng)大的功能值得我們關(guān)注。從進(jìn)程外反射一個內(nèi)部運(yùn)行的JVM是SA框架提供的超酷功能之一，通過把可服務(wù)性代理附加到目標(biāo)JVM作為一個操作系統(tǒng)級別的調(diào)試器可以實(shí)現(xiàn)這一功能。由于 SA?代理框架是依賴于操作系統(tǒng)的，對于?Linux 會利用 gdb?調(diào)試器進(jìn)行連接，對于Windows 則會使用winDbg （這意味著需要Windows?調(diào)試工具）。調(diào)試器框架是可擴(kuò)展的，這意味著可以通過繼承?DebuggerBase?這個抽象類來使用另一個調(diào)試器。
一旦建立了調(diào)試器的連接，gHotSpotVMStruct的返回地址值會傳回到調(diào)試器進(jìn)程，這樣可以（借助操作系統(tǒng)）開始檢測甚至是修改目標(biāo)JVM的內(nèi)部對象系統(tǒng)。這就是HSDB如何實(shí)現(xiàn)連接并調(diào)試一個目標(biāo)JVM，包括Java代碼和JVM代碼。
希望本文能夠勾起你的興趣。 以我個人觀點(diǎn)來看，這個架構(gòu)是我最喜歡的JVM設(shè)計(jì)之一?。它的優(yōu)雅和開放絕對令人驚嘆。在我們構(gòu)建?Takipi 實(shí)時(shí)編碼模塊時(shí)超級有用，?所以要感謝它的設(shè)計(jì)者。
你是否已經(jīng)在代碼中使用了這些API？非常樂意在下面的評論中聽到它，或者回答你們的任何問題。
原文 Using Reflection To Look Inside The JVM at Run-time
翻譯 黃飛飛
via importnew
文章版權(quán)歸作者所有，未經(jīng)允許請勿轉(zhuǎn)載,若此文章存在違規(guī)行為，您可以聯(lián)系管理員刪除。
轉(zhuǎn)載請注明本文地址：http://specialneedsforspecialkids.com/yun/69771.html
反射機(jī)制與原理筆記 聲明 文章均為本人技術(shù)筆記，轉(zhuǎn)載請注明出處https://segmentfault.com/u/yzwall 反射機(jī)制 反射：當(dāng)程序無法獲知對象類型時(shí)，在運(yùn)行期間動態(tài)獲取類的所有屬性和方法，這種動態(tài)獲取類信息和動態(tài)調(diào)用對象方法的功能稱為反射機(jī)制；反射機(jī)制實(shí)現(xiàn)：Class類與java.lang.reflect類庫一起實(shí)現(xiàn)機(jī)制，java.lang.reflect類庫包含F(xiàn)ield...
摘要：說明我們創(chuàng)建時(shí)傳入了一個對象。在這個對象里我們調(diào)用了被代理的那個對象的方法，并且在其前后附加了方法。切面在指定的連接點(diǎn)被織入到目標(biāo)對象中。因?yàn)椴捎脛討B(tài)代理，所以是在運(yùn)行期完成織入。中的代理一個類被織入增強(qiáng)后，就產(chǎn)生一個結(jié)果代理類 showImg(/img/bVCPFw?w=853&h=426); showImg(/img/bVCPFV?w=636&h=235); 說明:圖片是我其它地方...
摘要：可實(shí)現(xiàn)單例模式代碼塊初始化靜態(tài)變量，只被執(zhí)行一次內(nèi)部類不能與外部類重名，只能訪問外部類靜態(tài)數(shù)據(jù)包括私有多分支選擇整型或字符類型變量或整數(shù)表達(dá)式開始支持。 前言 大學(xué)期間接觸 Java 的時(shí)間也不短了，不論學(xué)習(xí)還是實(shí)習(xí)，都讓我發(fā)覺基礎(chǔ)的重要性?；ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展太快了，各種框架各種技術(shù)更新迭代的速度非?？欤赡苣銊偤谜莆樟艘婚T技術(shù)的應(yīng)用，它卻已經(jīng)走在淘汰的邊緣了。 而學(xué)習(xí)新技術(shù)總要付出一定的時(shí)間...
摘要：為了減少在中創(chuàng)建的字符串的數(shù)量，字符串類維護(hù)了一個字符串常量池。但是當(dāng)執(zhí)行了方法后，將指向字符串常量池中的那個字符串常量。由于和都是字符串常量池中的字面量的引用，所以。究其原因，是因?yàn)槌Ａ砍匾４娴氖且汛_定的字面量值。 String，是Java中除了基本數(shù)據(jù)類型以外，最為重要的一個類型了。很多人會認(rèn)為他比較簡單。但是和String有關(guān)的面試題有很多，下面我隨便找兩道面試題，看看你能不能...
閱讀 3225·2021-11-24 09:39
閱讀 3157·2021-10-21 09:38
閱讀 2396·2019-08-29 15:28
閱讀 3737·2019-08-26 12:23
閱讀 2615·2019-08-26 12:19
閱讀 1358·2019-08-23 12:44
閱讀 2125·2019-08-23 12:02
閱讀 993·2019-08-22 17:05
