Java反射中的修饰符访问标志详解

1. 概述

Java反射是个强大的特性，能让我们操作类、接口、字段和方法等成员。更重要的是，通过反射，我们可以在编译时不知道具体类型的情况下实例化类、调用方法和访问字段。

本文将首先探索JVM访问标志，然后看看如何使用它们，最后分析修饰符和访问标志的区别。

2. JVM访问标志

先理解下JVM访问标志的本质。

《Java虚拟机规范》定义了JVM中编译类的结构，包含一个ClassFile结构：

ClassFile {
    u4             magic;
    u2             minor_version;
    u2             major_version;
    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];
    u2             fields_count;
    field_info     fields[fields_count];
    u2             methods_count;
    method_info    methods[methods_count];
    u2             attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

ClassFile中包含了access_flags项。简单说，access_flags是一个掩码，由多个标志位组成，定义了类的访问权限和其他属性。

此外，ClassFile还包含field_info和method_info项，它们各自也有access_flags项。

像Javassist和ASM这类库会使用JVM访问标志来操作Java字节码。

除Java外，JVM还支持Kotlin或Scala等其他语言。每种语言都有自己定义的修饰符。例如，Java中的Modifier类包含了所有Java编程语言特有的修饰符。使用反射时，我们通常依赖这些类提供的信息。

但当需要将修饰符转换为JVM访问标志时，问题就出现了。下面深入分析原因。

3. 修饰符的AccessFlag枚举

像varargs、transient或volatile、bridge这些修饰符会使用相同的整数位掩码。为了解决不同修饰符间的位冲突，Java 20引入了AccessFlag枚举，它包含了类、字段或方法中可用的所有修饰符。

该枚举对JVM访问标志进行了建模，简化了修饰符和访问标志间的映射。没有AccessFlag枚举时，我们需要考虑元素的上下文才能确定使用了哪个修饰符，特别是那些具有相同位表示的修饰符。

来看个实际例子，创建AccessFlagDemo类，包含几个使用不同修饰符的方法：

public class AccessFlagDemo {
    public static final void staticFinalMethod() {
    }

    public void varArgsMethod(String... args) {
    }

    public strictfp void strictfpMethod() {
    }
}

接下来检查staticFinalMethod()方法使用的访问标志：

@Test
void givenStaticFinalMethod_whenGetAccessFlag_thenReturnCorrectFlags() throws Exception {
    Class<?> clazz = Class.forName(AccessFlagDemo.class.getName());

    Method method = clazz.getMethod("staticFinalMethod");
    Set<AccessFlag> accessFlagSet = method.accessFlags();

    assertEquals(3, accessFlagSet.size());
    assertTrue(accessFlagSet.contains(AccessFlag.PUBLIC));
    assertTrue(accessFlagSet.contains(AccessFlag.STATIC));
    assertTrue(accessFlagSet.contains(AccessFlag.FINAL));
}

这里调用了accessFlags()方法，它返回一个不可修改的EnumSet。方法内部使用了getModifiers()，并根据标志可应用的位置返回相应的访问标志。我们的方法包含三个访问标志：PUBLIC、STATIC和FINAL。

另外，从Java 17开始，strictfp修饰符已变得多余，不再被编译到字节码中：

@Test
void givenStrictfpMethod_whenGetAccessFlag_thenReturnOnlyPublicFlag() throws Exception {
    Class<?> clazz = Class.forName(AccessFlagDemo.class.getName());
    Method method = clazz.getMethod("strictfpMethod");

    Set<AccessFlag> accessFlagSet = method.accessFlags();

    assertEquals(1, accessFlagSet.size());
    assertTrue(accessFlagSet.contains(AccessFlag.PUBLIC));
}

可以看到，strictfpMethod()只包含一个访问标志。

4. getModifiers()与accessFlags()方法对比

在Java反射中，我们常用getModifiers()方法获取类、接口、方法或字段上定义的所有修饰符：

@Test
void givenStaticFinalMethod_whenGetModifiers_thenReturnIsStaticTrue() throws Exception {
    Class<?> clazz = Class.forName(AccessFlagDemo.class.getName());
    Method method = clazz.getMethod("staticFinalMethod");

    int methodModifiers = method.getModifiers();

    assertEquals(25, methodModifiers);
    assertTrue(Modifier.isStatic(methodModifiers));
}

getModifiers()返回一个整数值，表示编码后的修饰符标志。我们调用了Modifier类中的isStatic()方法检查方法是否包含static修饰符。Java在方法内部解码标志以确定方法是否为静态的。

⚠️ 注意：访问标志与Java中定义的修饰符并不完全相同。有些访问标志和修饰符是一一对应的（如public），但有些修饰符（如sealed）没有指定的访问标志。同样，有些访问标志（如synthetic）也无法映射到对应的修饰符值。

更进一步说，由于某些修饰符共享相同的位表示，如果不考虑使用上下文，可能会得出错误结论。

对varArgsMethod()调用Modifier.toString()：

@Test
void givenVarArgsMethod_whenGetModifiers_thenReturnPublicTransientModifiers() throws Exception {
    Class<?> clazz = Class.forName(AccessFlagDemo.class.getName());
    Method method = clazz.getMethod("varArgsMethod", String[].class);

    int methodModifiers = method.getModifiers();

    assertEquals("public transient", Modifier.toString(methodModifiers));
}

方法返回"public transient"。如果不考虑上下文，我们可能错误地认为varArgsMethod()是transient的。

而访问标志会考虑位的来源上下文，因此能提供正确信息：

@Test
void givenVarArgsMethod_whenGetAccessFlag_thenReturnPublicVarArgsFlags() throws Exception {
    Class<?> clazz = Class.forName(AccessFlagDemo.class.getName());
    Method method = clazz.getMethod("varArgsMethod", String[].class);

    Set<AccessFlag> accessFlagSet = method.accessFlags();

    assertEquals("[PUBLIC, VARARGS]", accessFlagSet.toString());
}

5. 总结

本文介绍了JVM访问标志及其使用方法。

✅ 核心要点：

JVM访问标志包含运行时成员（类、方法、字段）的访问权限和其他属性信息
AccessFlag枚举解决了修饰符位冲突问题
accessFlags()方法比getModifiers()更准确，因为它考虑了上下文

使用访问标志可以更精确地获取特定元素上的修饰符信息，避免踩坑。

完整代码示例可在GitHub上查看：https://github.com/eugenp/tutorials/tree/master/core-java-modules/core-java-20

Persistence

REST

Security

1. 概述

2. JVM访问标志

3. 修饰符的AccessFlag枚举

4. getModifiers()与accessFlags()方法对比

5. 总结