譯者 | 晶顏

審校 | 重樓

區分資深Java開發人員的因素之一是熟悉反射（reflection）及其先進替代品。反射為Java開發者提供了“超能力”，但它很麻煩，容易出錯，并且存在性能瓶頸。現代Java正在努力用標準化的選項取代反射，包括方法句柄（MethodHandle）和變量句柄（VarHandle）。與反射一樣，這些類也允許你訪問對象上的方法和字段，但使用的是更清晰的API。

句柄的力量

顧名思義，MethodHandle和VarHandle都為你提供了“句柄”，它們是引用對象元屬性的變量。這些句柄使你能夠直接處理方法和字段。它們是特殊的變量，引用運行時環境的某些部分，否則將對代碼隱藏。

這些功能的起點是MethodHandle上的各種查找方法，這些方法提供了一種以編程方式查找類元數據的現代方法。這類似于舊的反射API的方法，如getDeclaredMethod，但具有更多的結構和安全性。

一旦有了類元數據的句柄，就可以使用MethodHandle和VarHandle以編程方式對類實例上存在的方法和字段進行調用。在底層，JVM管理著這些方法，通常會比使用反射獲得更好的性能。

方法和變量句柄 VS. Java反射

要真正理解MethodHandles和Varhandles——它們是做什么的以及它們為什么有用——了解一些關于Java反射的知識是有幫助的。這將幫助你理解為什么反射會演變成這些較新的API。

最根本的問題是：這些技術——反射、方法句柄、變量句柄——需要滿足什么需求？當我們可以簡單地實例化一個對象，調用它的公共方法并訪問它的公共成員時，我們為什么要用編程的方式來做這些事情呢？

在很多情況下，你不能通過公共方法訪問你需要的程序，所以必須繞過正常的路線。這主要發生在你編寫類似框架代碼時，該代碼對一系列類進行操作并對它們進行非標準操作。

以一個持久性框架為例，你需要將類映射到表和表之間，因此你需要內省（Introspect）類以了解它們具有哪些字段和方法。這種情況也會出現在應用程序代碼中，特別是當你需要訪問遺留庫中無法訪問的部分時。

決定使用哪種技術要先了解需要什么。如果你可以使用普通的Java調用來解決這個問題，那么它就是可行的方法。如果你需要更復雜的東西，先去看看標準的API（比如MethodHandles和VarHandles）。只有當這些都無法實現時，你才應該轉而依靠反射。

下述示例可以幫助你理解為什么JAVA開發工具包（JDK）更喜歡句柄而非傳統的Java反射。

使用反射來訪問方法

我們將從一個反射示例開始，因為它很常見，并且會給我們一個已知的參考。請記住，這是最后的解決方案。

假設你有這個類：

public class MyClass {
 private String name;
 public MyClass(String name) {
 this.name = name;
 }
 public String getName() { 
 return name;
 }
}

這是一個非常簡單的事情：只是一個用于保存字符串名的類。要創建這個類，我們可以使用普通實例化：

MyClass objectInstance = new MyClass("John Doe");

下面是使用反射訪問該方法的示例：

Class<?> clazz = objectInstance.getClass();
Method method = clazz3.getDeclaredMethod("getName");
String value = (String) method.invoke(objectInstance);
System.out.println(value); // prints "John Doe"

使用MethodHandles來訪問方法

方法句柄為我們提供了與反射相同的功能，但語法更安全：

Class<?> clazz = objectInstance.getClass(); 
MethodHandle handle = MethodHandles.lookup().findVirtual(clazz, "getName", methodType(String.class));
String value = (String) handle.invoke(objectInstance);
System.out.println(value); // Prints “John Doe”

我們以同樣的方式開始，從實例中獲取類。然后，我們在MethodHandles上使用lookup(). findvirtual()方法。這是MethodHandles設計的主要目的之一：提供一種更簡潔、JDK認可的方法來查找方法。這種方法還針對JVM優化進行了增強。

接下來，我們將使用handle.invoke調用帶有句柄的方法，并傳入對象實例。

直接訪問字段

假設我們之前的類（MyClass）上面有name字段但沒有訪問器。我們現在需要更強的程序來訪問它，因為我們要直接訪問私有成員（Private Member）。下面是我們使用標準反射的方法：

Class<?> clazz = objectInstance.getClass(); 
Field field = clazz.getDeclaredField("name"); 
field.setAccessible(true); 
String value = (String) field.get(objectInstance);
System.out.println(value); // prints “John Doe”

注意，我們再次直接處理對象的元數據，比如它的類和它的字段。我們可以使用setAccessible操作字段的可訪問性（這被認為是有風險的，因為它可能會改變目標代碼所寫的限制）。這是使私有字段對我們可見的關鍵部分。

現在讓我們使用變量句柄做同樣的事情：

Class<?>l clazz = objectInstance.getClass();
VarHandle handle = MethodHandles.privateLookupIn(clazz, 
 MethodHandles.lookup()).findVarHandle(clazz, "name", String.class);
String value = (String) handle.get(objectInstance);
System.out.println(value4); // prints "John Doe"

這里，我們使用privateLookupIn，因為該字段被標記為私有Private）。還有一個通用lookup()，它將尊重訪問修飾符，因此它更安全，但不會找到私有字段。

雖然上面的代碼可以運行，但出于性能原因，建議靜態地實例化句柄本身，如下所示：

private static VarHandle HANDLE;
 static {
 try {
 HANDLE = MethodHandles.privateLookupIn(MyClass.class, MethodHandles.lookup()).findVarHandle(MyClass.class, "name", String.class);
 } catch (Throwable t){
 throw new RuntimeException(t);
 }
 }

// …

System.out.println("static: " + HANDLE.get(objectInstance));

這里，我們靜態地實例化了HANDLE變量，然后在稍后的正常代碼流中使用它。這也突出了句柄本身是為類型（MyClass）定義的，然后為實例（ObjectInstance）重用。

注意，直接實例化句柄需要知道類的名稱。如果你不知道類的名稱，則不能使用這種方法。

方法和變量句柄的限制

盡管它們為標準化的JDK帶來了強大的功能，但方法句柄和變量句柄并不打算涵蓋Java反射API中的所有功能。它們只是涵蓋了一個重點范圍：查找類元數據并使用它來訪問常規Java限制之外的方法和字段。其余sun.misc. Unsafe中的反射力量正逐漸被其他包所取代。

如前所述，MethodHandles和VarHandle不支持實例化類，這在某些情況下會產生限制。

是時候思考反射替代方案了

花點時間說服自己遠離反射是必要的，也是值得的。如果你研究了基準測試，就會發現方法句柄和變量句柄的性能普遍優于反射。另一方面，它們更安全、更地道，并且JVM代碼庫正在采用這些方法，它們的普及也只是時間問題而已。

在基準測試中，靜態聲明句柄可以顯著提高性能。這是因為JVM可以在編譯時內聯這些信息。但是，如前所述，這樣做并非總是可行的——例如，如果你在編譯時不知道類的名稱。

除了性能之外，基于正確性等因素考慮，反射也正逐漸被棄用。最終，無論如何都需要遷移工作。現在是時候開始移動代碼庫中那些具有現代替代品（如MethodHandles和VarHandle）的部分了！

原文標題：Better than reflection: Using method handles and variable handles in Java，作者：Matthew Tyson