从Oop-Klass模型看透反射

　　《红楼梦》第十二回，贾瑞因痴迷王熙凤，被王熙凤折腾的眼看就快不行了。当然这里面是没有多少爱的，完全因王熙凤的美貌而起。就在这时来了一个跛足道人，带来了一面宝镜，说能治好贾瑞的病。当然这可不是一面普通的镜子，而是由警幻仙子做制。并且道人还告诫贾瑞，这面镜子专治邪思妄动之症，有济世保生之功。所以带他到世上，单与那些聪明俊杰，风雅王孙等看照。千万不可照正面，只照他的背面。

　　贾瑞先是依着跛足道人的话，照的背面。可是却看到一个骷髅立在里面，把贾瑞吓了个半死。这时贾瑞以为道士骗他，赶忙照了正面，这下看到了美貌的王熙凤，贾瑞满意极了。可是他的命却没有了。

　　正面的那个骷髅，正是病入膏肓的贾瑞自己，可是他却不敢相信那就是他自己现在的形象。他宁愿相信假的，也不愿相信真的。跛足道人明明叫贾瑞照背面，可是贾瑞却偏偏喜欢照正面。那是因为正面有贾瑞喜欢的东西。这时，再高明的医生也救不了他了。可想曹雪芹写到这里，虽说用的是风趣幽默的语言，从中却能看出他的无奈。

　　每天清晨傍晚，当我们站在镜子时前可曾想过，摘掉喜好的有色眼镜打开自己的心肺肠肝，镜中是否还是自己当初想要的样子。

　　以铜为镜正衣冠、以史为镜知兴替、以人为镜明得失。人类需要镜子去看清自己、看清时间、看清取舍，同样的是 类也需要。

　　JAVA是人造语言，其中的很多机制和抽象的出现都是源于人类社会的运作方式和道理。我们要像理解自己周围的世界一样去理解语言背后的道理，就像语言的创造者用对周边世界的理解去创造这门语言时一样。

　　反射是学习JAVA的过程中无法绕过的大山，反射的使用容易、但理解很难，因为反射涉及到了JVM的数据结构和类加载机制等底层机制。我们从字面意思来理解一下反射，那就是靠一面“镜子”，去看清类的内部构造。

　　在使用时我们发现，我们通过操作一个类的java.lang.class对象，可以在运行时窥探这个类的成员、方法、注解等，事实上反射的定义也是这样：

　　在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意方法和属性；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射机制。

　　想要弄清楚反射，我们不得不提的是JVM的OOP-KLASS模型（源码在openjdk-8/openjdk/hotspot/src/share/vm/oops内）。

　　这里的 oop 指的是 普通对象指针 （普通对象指针），它表示对象的实例信息，看起来像个指针实际上是藏在指针里的对象。而klass 则包含元数据和方法信息 ，用来描述Java类。

　　那么为何要设计这样一个一分为二的对象模型呢？这是因为HotSopt JVM的设计者不想让每个对象中都包含一个vtable（虚函数表），所以就把对象模型拆成klass和oop，其中oop中不包含任何虚函数，而klass就包含虚函数表，可以进行方法调度。这个模型其实是 参照的Strongtalk VM的对象模型。

　　klass
　　一个Klass对象代表一个类的元数据。它提供：

　　language level class object (method dictionary etc.)
　　provide vm dispatch behavior for the object
　　所有的函数都被整合到一个C++类中。

　　Klass对象的继承关系： xxxKlass <:< Klass <:< Metadata <:< MetaspaceObj

　　可以说Klass就是类在JVM中的数据结构。

　　oop

　　oop 类型其实是 oopDesc* 。在Java程序运行的过程中，每创建一个新的对象，在JVM内部就会相应地创建一个对应类型的oop对象。各种oop类的共同基类为 oopDesc 类。JVM内部，一个Java对象在内存中的布局可以连续分成两部分： instanceOopDesc 和实例数据。 instanceOopDesc 和 arrayOopDesc 又称为对象头。instanceOopDesc 对象头包含两部分信息： Mark Word 和 元数据指针 ( Klass* )：

　　Mark Word ：instanceOopDesc中的 _mark 成员。它用于存储对象的运行时记录信息，如哈希值、GC分代年龄(Age)、锁状态标志（偏向锁、轻量级锁、重量级锁）、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。Mark Word允许压缩。
　　元数据指针 ：instanceOopDesc中的 _metadata 成员，它是联合体，可以表示未压缩的Klass指针( _klass )和压缩的Klass指针。对应的klass指针指向一个存储类的元数据的Klass对象
　　可以说，instanceOopDesc就是普通对象的对象头，其中有一个指针指向了它所属的Klass，也就是类结构。

　　JVM在加载一个类时，会在方法区创建该类的Klass对象，并同时生成一个属于该Klass对象的java.lang.class对象放于堆中，也就是java.lang.class的instanceOopDesc。当我们访问类的元数据时，是通过java.lang.class的instanceOopDesc来访问的，java.lang.class的instanceOopDesc中包含了访问该类Klass对象的属性、方法、注解等元数据的方法。

　　它们的指向是这样的：类A的instanceOopDesc  ---->  类A的Klass  ----->  类A的java.lang.class的instanceOopDesc。

　　也就是说Klass代表的类的元数据是不会直接暴露给对象进行访问的，而是通过Klass的java.lang.class对象来进行间接的访问。这样做可以规范外部对Klass访问的行为，防止对元数据造成破坏。

　　Klass持有一个指向对应java.lang.class对象的引用，叫做_java_mirro，java.lang.class对象被设计为类的元数据的一面镜子，这也是反射机制命名的原因。