[JVM 톺아보기] 코틀린의 리플렉션(Reflection)

리플렉션이란?

런타임에 동적으로 클래스의 인스턴스를 생성 및 조작할 수 있는 기술이다. 리플렉션을 사용하면 클래스에 대한 정보를 미리 알지 못해도 객체를 조작할 수 있다.

주로 프로그램 내 특정 클래스나 함수에 대해 알지 못하는 라이브러리나 프레임워크 등에서 런타임에 동적으로 객체를 생성, 조작, 참조할 때 사용된다 (일반적인 코드를 작성할 때는 이미 클래스들의 정보를 알고 있으므로 사용할 일이 거의 없다).
대표적으로 스프링에서 빈을 생성, 주입할 때 리플렉션을 사용한다.

리플렉션의 작동원리

이게 어떻게 가능한걸까?
JVM 기반 언어에서 리플렉션 API는 컴파일 후 런타임에 로드된 JVM의 스태틱 영역(메서드 영역 또는 클래스 영역)에 접근하여 일급시민들의 메타데이터를 조작하기 때문이다.

따라서 클래스나 함수의 이름만 알고 있다면 클래스의 생성자, 메서드, 멤버와 속성들까지도 거의 무한에 가까운 자유도로 객체를 제어할 수 있다.

예를 들어 아래와 같은 private 생성자를 가진 클래스를

class Foo private constructor(private val name: String = "Foo"){
    override fun toString(): String {
        return "Foo(name='$name')"
    }
}

아래와 같이 접근성을 조작하여 직접 생성할 수도 있다.

fun main() {
    val ctor = Foo::class.primaryConstructor
    ctor?.isAccessible = true
    val foo = ctor?.call("Bar")
    println(foo) //Foo(name='Bar')
}

코틀린 리플렉션 API

gradle 의존성 추가

코틀린은 자바 리플렉션 java.lang.reflect과 코틀린 리플렉션 kotlin.reflect의 두 가지 방식을 제공한다.
자바에 존재하지 않는 nullable 타입이나 속성 등을 리플렉션하기 위해 아래와 같이 별도의 의존성을 추가해주어야 한다.

//gradle
dependencies {
    implementation(kotlin("reflect"))
}

코틀린의 리플렉션 API는 코틀린 뿐만이 아닌 다른 JVM 기반 언어들과 호환된다.

리플렉션이 가능한 대상

코틀린 리플렉션은 위와 같은 계층구조를 갖고 있다.
클래스의 리플렉션인 KClass, 함수 KFunction와 변수KProperty, 그리고 이들을 포함하는 KCallable과 KParameter로 이루어져 있다

클래스

val c = MyClass::class
println(c.simpleName) //클래스 이름 출력
println(c.qualifiedName) //패키지 경로를 포함한 클래스 이름 출력
val ctors = c.constructors //클래스의 생성자들을 모두 가져옴
c.isSealed = false // sealed class인지 여부. 재할당 가능
...

::를 사용하여 사용해 클래스를 참조하며 위의 예시 이외에도 참조된 클래스를 제어하는 방법이 KClass API 문서에 자세히 설명되어 있다.

함수

함수도 ::를 활용하여 KFuntion으로 참조할 수 있다.

val f = ::foo()
f.call("Hello")
f.callBy(mapOf(f.parameters[0] to "Hello"))
f.isInline
f.isExternal
f.visibility

리플렉션으로 가져온 함수를 바로 인자로 넘겨줄 수도 있다.

fun isOdd(x: Int) = x % 2 != 0
val numbers = listOf(1, 2, 3)
println(numbers.filter(::isOdd))

생성자인 Constructor도 KFuntion타입이다.
KFunction API 문서

인자

함수의 인자인 KParameter도 리플렉션이 가능하다.

val param = MyClass::Class.primaryConstructor!!.parameters.firstOrNull()
param.name
param.type
param.isOptional
param.isVararg
param.index
param.annotations

KParameter API 문서

변수

변수도 위와 같이 제어가 가능하다. val로 선언된 변수도 수정이 가능하다.
KProperty API 문서

주의할 점

• 동적으로 생성되기 때문에 예측이 어렵다. 어떤 객체가 생성되며 어떤 메서드가 호출될 지. 따라서 컴파일타임과 런타임 시에 JVM 최적화가 어렵다.
• 런타임에 조작된 속성은 실행 중 계속 유지된다. 따라서 accessibility등을 조작 시 보안 이슈가 발생할 수 있다.
• 플랫폼 종속적이다. 리플렉션을 사용하여 만든 프로그램은 jvm 위에서만 동작한다.