高性能替代反射调用的几种方式
园子里和这个话题的相关文章比较多,本文是旧话重提,外加个小的总结。主要因为近期看到很多同事、朋友都已经使用 VS2012 进行 .NET 4.5 开发了,却还在大量使用反射,不知道用新的方式。或有所了解,但又害怕性能不好不敢大胆去用。
本文以如下类为例:
public class MyMath
{ public int Add(int a, int b)
{ return a + b;
}
}
替代反射的几种方式
倒序说吧,从最先进最简单的开始。
1. dynamic 调用
.NET 4 引入了 dynamic 类型,可以使用如下方式来完成对 MyMath.Add 方法的动态调用:
dynamic math = new MyMath();
int result = math.Add(1, 2);
非常简单,效率也不错,可以看后面的性能对比测试结果。
但有一点要注意, dynamic 遵守 .NET 的访问级别限定,会对成员进行可见性检查。也就是说,只能 dynamic 调用 public 成员;当然,如果是同一程序集内部,internal 成员也是可以访问的。
2. Expression Tree 编译调用
Expression Tree 是 .NET 3.5 引入的。简单地,我们可以使用 lambda 构建一颗 Expression Tree:
var math = new MyMath();
Expression<Func<int, int, int>> add = (a, b) => math.Add(a, b);
这种方法适合手工编码构建,还有另外一种方式可以动态构建:
var add = typeof(MyMath).GetMethod("Add");
var math = Expression.Parameter(typeof(MyMath));
var a = Expression.Parameter(typeof(int), "a");
var b = Expression.Parameter(typeof(int), "b");
var body = Expression.Call(myMath, add, a, b);
var lambda = Expression.Lambda<Func<MyMath, int, int, int>>(body, math, a, b);
两种方式构建出的 Tree 是相同的。
话归正题,构建出表达式树后,调用其 Compile 方法便可编译成一个委托,如下代码第 3 行:
var math = new MyMath();
Expression<Func<int, int, int>> addExpTree = (a, b) => math.Add(a, b); // ExressionTreeFunc<int, int, int> add = addExpTree.Compile(); // 编译成委托var result = add(1, 2); // 相加,结果为3
与 dynamic 调用方法同,Expression Tree 编译出的委托方法也遵守 .NET 的访问级别限定,会对成员进行可见性检查,不能访问私有成员。
3. 反射发出调用
这里只介绍反射发出的一项技术 DynamicMethod,.NET 2.0 新增此类。
使用 DynamicMethod 类在运行时定义轻量全局方法,然后使用委托执行这些方法。
针对 MyMath.Add 方法,调用比前面两种方式复杂些:
var addMethod = typeof(MyMath).GetMethod("Add");var dynamicMethod = new DynamicMethod("", typeof(int), new[] { typeof(MyMath), typeof(int), typeof(int) });//var il = dynamicMethod.GetILGenerator();
il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
il.Emit(OpCodes.Ldarg_2);
il.Emit(OpCodes.Callvirt, addMethod);
il.Emit(OpCodes.Ret);//var add = (Func<MyMath, int, int, int>)dynamicMethod.CreateDelegate(typeof(Func<MyMath, int, int, int>));//var math = new MyMath();var result = add(math, 1, 2);
从第 5 行起,使用几个 IL 汇编指令,简单一说:
- 第 5 行,OpCodes.Ldarg_0 是将索引为 0 的参数值推送到堆栈上,Ldarg_1、Ldarg_2 以此类推;
- 第 6 行,OpCodes.Callvirt 是调用对象的(后期绑定)方法,并且将返回值推送到计算堆栈上;
- 第 9 行,OpCodes.Ret 表达从当前方法返回,并将返回值(如果存在)从调用方的计算堆栈推送到被调用方的计算堆栈上。
反射发出是在汇编级别的,很底层,也就意味着效率更高、威力更强大。反射发出能绕过跳过 JIT 可见性检查,访问 private 成员(对于 DynamicMethod 类,请查看:DynamicMethod 构造函数 (String, Type, Type[], Boolean))。
下面是几种方法的性能测试。
性能对比测试
这里对直接、反射发出、dynamic 、表达式树编译、反射五种调用方式进行性能对比测试。
测试结果
先给出测试的结果:
从上图中可以看出:
- 直接调用性能最佳;
- 反射发出和表达式树两种方式性能相当,速度接近直接调用;
- dynamic 性能居中,也不错;
- 反射方式性能最差。
另外说明两点:
- 本次测试仅针对 MyMath.Add 方法,其参数和返回值都是值类型,反射调用时存在大量装箱、拆箱。如果测试方法的参数和返回值都是引用类型,反射方式与其它方式间的差距会小些。
- 从上图可以看出这几次方式性能差别较大,但此结果是重复 100 万次的情况下得出的。考虑单次调用,反射只比直接调用慢 381 纳秒。如果你的代码不是位于循环的中心或是系统的瓶颈,调用次数不多,性能差异可以完全忽略。
测试代码
以下是测试用代码,仅参考:
using System;using System.Linq.Expressions;using System.Reflection.Emit;public class MyMath { public int Add(int a, int b) { return a + b; }
}class Program { static void Main(string[] args) { int result; var math = new MyMath(); var count = 1000000;
Console.WriteLine("数据量:" + count);
Console.WriteLine("-----------------------------rn"); using (Profiler.Step("循环:{0} ms")) { for (int i = 0; i < count; i++)
result = 1;
} using (Profiler.Step("直接调用 :{0} ms")) { for (int i = 0; i < count; i++)
result = math.Add(i, i);
} using (Profiler.Step("反射发出:{0} ms")) { var emitAdd = BuildEmitAddFunc(); for (int i = 0; i < count; i++)
result = emitAdd(math, i, i);
} using (Profiler.Step("表达式树:{0} ms")) { var expressionAdd = BuildExpressionAddFunc(); for (int i = 0; i < count; i++)
result = expressionAdd(math, i, i);
} using (Profiler.Step("dynamic 调用:{0} ms")) { dynamic d = math; for (int i = 0; i < count; i++)
result = d.Add(i, i);
} using (Profiler.Step("反射调用:{0} ms")) { var add = typeof(MyMath).GetMethod("Add"); for (int i = 0; i < count; i++)
result = (int)add.Invoke(math, new object[] { i, i });
}
Console.WriteLine("rnrn测试完成,任意键退出...");
Console.ReadKey();
} static Func<MyMath, int, int, int> BuildExpressionAddFunc() { var add = typeof(MyMath).GetMethod("Add"); var math = Expression.Parameter(typeof(MyMath)); var a = Expression.Parameter(typeof(int), "a"); var b = Expression.Parameter(typeof(int), "b"); var body = Expression.Call(math, add, a, b); var lambda = Expression.Lambda<Func<MyMath, int, int, int>>(body, math, a, b); return lambda.Compile();
} static Func<MyMath, int, int, int> BuildEmitAddFunc() { var add = typeof(MyMath).GetMethod("Add"); var dynamicMethod = new DynamicMethod("", typeof(int), new[] { typeof(MyMath), typeof(int), typeof(int) }); var il = dynamicMethod.GetILGenerator();
il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
il.Emit(OpCodes.Ldarg_2);
il.Emit(OpCodes.Callvirt, add);
il.Emit(OpCodes.Ret); return (Func<MyMath, int, int, int>)dynamicMethod.CreateDelegate(typeof(Func<MyMath, int, int, int>));
}
}
Profiler 是我写的一个类,用于简化测试:
using System;using System.Diagnostics;public class Profiler : IDisposable { private Stopwatch watch; private string message; private Profiler(string message) { this.watch = new Stopwatch(); this.watch.Start(); this.message = message;
} public void Dispose() {
watch.Stop();
Console.WriteLine(message, watch.ElapsedMilliseconds);
Console.WriteLine();
} public static IDisposable Step(string message) { return new Profiler(message);
} public static T Inline<T>(string message, Func<T> func) { using (new Profiler(message)) return func();
}
}
总结
综上所述,我们可以使用 .NET 2.0 的 DynamicMethod,.NET 3.5 引入的 Expression Tree、.NET 4 新增的 dynamic 来替换反射调用,带来更好的性能。
希望本文对大家有所帮助,也希望整天忙于项目、疲于工作的朋友抽点时间学习下 .NET Framework 的一些“新”特性。
- 使用Ansible playbooks快速构建etcd集群
- 使用系统内置script和scriptreplay命令来记录操作记录
- 【机器学习】我在面试机器学习、大数据岗位时遇到的各种问题
- 【机器学习】机器学习编程语言之争狼烟再起,Python称霸?
- TiDB 1.1 Beta Release
- 【Python环境】Python面试题汇总(二)
- 【Python环境】Python性能优化的20条建议
- 【Python环境】Python面试题汇总(一)
- 如何优雅的编写Dockerfile
- 【干货】找不到适合自己的编程书?我自己动手写了一个热门编程书搜索网站(附PDF书单)
- Docker监控方案(TIG)的研究与实践之Influxdb
- Docker监控方案(TIG)的研究与实践之Telegraf
- 【自然框架】之通用权限(九):权限的验证
- 【自然框架】之通用权限(八):权限到字段(列表、表单、查询)
- JavaScript 教程
- JavaScript 编辑工具
- JavaScript 与HTML
- JavaScript 与Java
- JavaScript 数据结构
- JavaScript 基本数据类型
- JavaScript 特殊数据类型
- JavaScript 运算符
- JavaScript typeof 运算符
- JavaScript 表达式
- JavaScript 类型转换
- JavaScript 基本语法
- JavaScript 注释
- Javascript 基本处理流程
- Javascript 选择结构
- Javascript if 语句
- Javascript if 语句的嵌套
- Javascript switch 语句
- Javascript 循环结构
- Javascript 循环结构实例
- Javascript 跳转语句
- Javascript 控制语句总结
- Javascript 函数介绍
- Javascript 函数的定义
- Javascript 函数调用
- Javascript 几种特殊的函数
- JavaScript 内置函数简介
- Javascript eval() 函数
- Javascript isFinite() 函数
- Javascript isNaN() 函数
- parseInt() 与 parseFloat()
- escape() 与 unescape()
- Javascript 字符串介绍
- Javascript length属性
- javascript 字符串函数
- Javascript 日期对象简介
- Javascript 日期对象用途
- Date 对象属性和方法
- Javascript 数组是什么
- Javascript 创建数组
- Javascript 数组赋值与取值
- Javascript 数组属性和方法
- C语言小笔记(1)
- 这一次搞懂Spring的XML解析原理
- 这一次搞懂Spring自定义标签以及注解解析原理
- 这一次搞懂Spring的Bean实例化原理
- 单片机入门学习十三 STM32单片机学习十 通用定时器
- Spring IOC原理补充(循环依赖、Bean作用域等)
- 这一次搞懂Spring代理创建及AOP链式调用过程
- 这一次搞懂Spring事务注解的解析
- 这一次搞懂Spring事务是如何传播的
- 这一次搞懂SpringMVC原理
- 这一次搞懂Spring Web零xml配置原理以及父子容器关系
- 这一次搞懂SpringBoot核心原理(自动配置、事件驱动、Condition)
- 全网最深分析SpringBoot MVC自动配置失效的原因
- Mybatis源码初探——优雅精良的骨架
- 深入Mybatis源码——配置解析