Java反射到底慢在哪?

开发 后端
所以最有可能产生性能差异的只有getMethod和getDeclaredField、invoke和set方法了,下面分别就这两组方法进行测试,找到具体慢在哪。

 反射具体是怎么影响性能的?这引起了我的反思。是啊,在阐述某个观点时确实有必要说明原因,并且证明这个观点是对的,虽然反射影响性能人尽皆知,我曾经也真的研究过反射是否存在性能问题,但并没有在写文章的时候详细说明。这让我想到网上很多信息只会告诉你结论,并不会说明原因,导致很多学到的东西都是死记硬背,而不是真正掌握,别人一问或者自己亲身遇到同样的问题时,傻眼了。

反射真的存在性能问题吗?

还是使用上篇文章的demo,为了放大问题,找到共性,采用逐渐扩大测试次数、每次测试多次取平均值的方式,针对同一个方法分别就直接调用该方法、反射调用该方法、直接调用该方法对应的实例、反射调用该方法对应的实例分别从1-1000000,每隔一个数量级测试一次:

测试代码如下(Person、ICompany、ProgramMonkey这三个类已在之前的文章中贴出): 

  1. public class ReflectionPerformanceActivity extends Activity{  
  2.     private TextView mExecuteResultTxtView = null 
  3.     private EditText mExecuteCountEditTxt = null 
  4.     private Executor mPerformanceExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();  
  5.     private static final int AVERAGE_COUNT = 10 
  6.     @Override  
  7.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState){  
  8.         super.onCreate(savedInstanceState);  
  9.         setContentView(R.layout.activity_reflection_performance_layout);  
  10.         mExecuteResultTxtView = (TextView)findViewById(R.id.executeResultTxtId);  
  11.         mExecuteCountEditTxt = (EditText)findViewById(R.id.executeCountEditTxtId);  
  12.     }  
  13.     public void onClick(View v){  
  14.         switch(v.getId()){  
  15.             case R.id.executeBtnId:{  
  16.                 execute();  
  17.             }  
  18.             break;  
  19.             default:{ 
  20.             }  
  21.             break;  
  22.         }  
  23.     }  
  24.     private void execute(){  
  25.         mExecuteResultTxtView.setText("");  
  26.         mPerformanceExecutor.execute(new Runnable(){  
  27.             @Override  
  28.             public void run(){  
  29.                 long costTime = 0 
  30.                 int executeCount = Integer.parseInt(mExecuteCountEditTxt.getText().toString());  
  31.                 long reflectMethodCostTime=0,normalMethodCostTime=0,reflectFieldCostTime=0,normalFieldCostTime=0 
  32.                 updateResultTextView(executeCount + "毫秒耗时情况测试");  
  33.                 for(int index = 0; index < AVERAGE_COUNT; index++){  
  34.                     updateResultTextView("第 " + (index+1) + " 次");  
  35.                     costTime = getNormalCallCostTime(executeCount);  
  36.                     reflectMethodCostTime += costTime;  
  37.                     updateResultTextView("执行直接调用方法耗时:" + costTime + " 毫秒");  
  38.                     costTime = getReflectCallMethodCostTime(executeCount);  
  39.                     normalMethodCostTime += costTime;  
  40.                     updateResultTextView("执行反射调用方法耗时:" + costTime + " 毫秒");  
  41.                     costTime = getNormalFieldCostTime(executeCount);  
  42.                     reflectFieldCostTime += costTime;  
  43.                     updateResultTextView("执行普通调用实例耗时:" + costTime + " 毫秒");  
  44.                     costTime = getReflectCallFieldCostTime(executeCount);  
  45.                     normalFieldCostTime += costTime;  
  46.                     updateResultTextView("执行反射调用实例耗时:" + costTime + " 毫秒");  
  47.                 }  
  48.                 updateResultTextView("执行直接调用方法平均耗时:" + reflectMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");  
  49.                 updateResultTextView("执行反射调用方法平均耗时:" + normalMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");  
  50.                 updateResultTextView("执行普通调用实例平均耗时:" + reflectFieldCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");  
  51.                 updateResultTextView("执行反射调用实例平均耗时:" + normalFieldCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");  
  52.             }  
  53.         });  
  54.     }  
  55.     private long getReflectCallMethodCostTime(int count){  
  56.         long startTime = System.currentTimeMillis();  
  57.         for(int index = 0 ; index < count; index++){  
  58.             ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);  
  59.             try{  
  60.                 Method setmLanguageMethod = programMonkey.getClass().getMethod("setmLanguage", String.class);  
  61.                 setmLanguageMethod.setAccessible(true);  
  62.                 setmLanguageMethod.invoke(programMonkey, "Java");  
  63.             }catch(IllegalAccessException e){  
  64.                 e.printStackTrace();  
  65.             }catch(InvocationTargetException e){  
  66.                 e.printStackTrace();  
  67.             }catch(NoSuchMethodException e){  
  68.                 e.printStackTrace();  
  69.             }  
  70.         }  
  71.         return System.currentTimeMillis()-startTime;  
  72.     }  
  73.     private long getReflectCallFieldCostTime(int count){  
  74.         long startTime = System.currentTimeMillis();  
  75.         for(int index = 0 ; index < count; index++){  
  76.             ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);  
  77.             try{  
  78.                 Field ageField = programMonkey.getClass().getDeclaredField("mLanguage");  
  79.                 ageField.set(programMonkey, "Java");  
  80.             }catch(NoSuchFieldException e){  
  81.                 e.printStackTrace();  
  82.             }catch(IllegalAccessException e){  
  83.                 e.printStackTrace();  
  84.             }  
  85.         }  
  86.         return System.currentTimeMillis()-startTime;  
  87.     }  
  88.     private long getNormalCallCostTime(int count){  
  89.         long startTime = System.currentTimeMillis();  
  90.         for(int index = 0 ; index < count; index++){  
  91.             ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);  
  92.             programMonkey.setmLanguage("Java");  
  93.         }  
  94.         return System.currentTimeMillis()-startTime;  
  95.     }  
  96.     private long getNormalFieldCostTime(int count){  
  97.         long startTime = System.currentTimeMillis();  
  98.         for(int index = 0 ; index < count; index++){  
  99.             ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);  
  100.             programMonkey.mLanguage = "Java" 
  101.         }  
  102.         return System.currentTimeMillis()-startTime;  
  103.     }  
  104.     private void updateResultTextView(final String content){  
  105.         ReflectionPerformanceActivity.this.runOnUiThread(new Runnable(){  
  106.             @Override  
  107.             public void run(){  
  108.                 mExecuteResultTxtView.append(content);  
  109.                 mExecuteResultTxtView.append("\n");  
  110.             }  
  111.         });  
  112.     }  

测试结果如下:

反射性能测试结果

测试结论:

  •  反射的确会导致性能问题;
  •  反射导致的性能问题是否严重跟使用的次数有关系,如果控制在100次以内,基本上没什么差别,如果调用次数超过了100次,性能差异会很明显;
  •  四种访问方式,直接访问实例的方式效率最高;其次是直接调用方法的方式,耗时约为直接调用实例的1.4倍;接着是通过反射访问实例的方式,耗时约为直接访问实例的3.75倍;最慢的是通过反射访问方法的方式,耗时约为直接访问实例的6.2倍;

反射到底慢在哪?

跟踪源码可以发现,四个方法中都存在实例化ProgramMonkey的代码,所以可以排除是这句话导致的不同调用方式产生的性能差异;通过反射调用方法中调用了setAccessible方法,但该方法纯粹只是设置属性值,不会产生明显的性能差异;所以最有可能产生性能差异的只有getMethod和getDeclaredField、invoke和set方法了,下面分别就这两组方法进行测试,找到具体慢在哪?

首先测试invoke和set方法,修改getReflectCallMethodCostTime和getReflectCallFieldCostTime方法的代码如下: 

  1. private long getReflectCallMethodCostTime(int count){  
  2.       long startTime = System.currentTimeMillis();  
  3.       ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);  
  4.       Method setmLanguageMethod = null 
  5.       try{ 
  6.            setmLanguageMethod = programMonkey.getClass().getMethod("setmLanguage", String.class);  
  7.           setmLanguageMethod.setAccessible(true);  
  8.       }catch(NoSuchMethodException e){  
  9.           e.printStackTrace();  
  10.       }  
  11.       for(int index = 0 ; index < count; index++){  
  12.           try{  
  13.               setmLanguageMethod.invoke(programMonkey, "Java");  
  14.           }catch(IllegalAccessException e){  
  15.               e.printStackTrace();  
  16.           }catch(InvocationTargetException e){  
  17.               e.printStackTrace();  
  18.           }  
  19.       }  
  20.       return System.currentTimeMillis()-startTime;  
  21.   }  
  22.   private long getReflectCallFieldCostTime(int count){  
  23.       long startTime = System.currentTimeMillis();  
  24.       ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);  
  25.       Field ageField = null 
  26.       try{  
  27.           ageField = programMonkey.getClass().getDeclaredField("mLanguage");  
  28.       }catch(NoSuchFieldException e){  
  29.           e.printStackTrace();  
  30.       }  
  31.       for(int index = 0 ; index < count; index++){  
  32.           try{  
  33.               ageField.set(programMonkey, "Java");  
  34.           }catch(IllegalAccessException e){  
  35.               e.printStackTrace();  
  36.           }  
  37.       }  
  38.       return System.currentTimeMillis()-startTime;  
  39.   } 

沿用上面的测试方法,测试结果如下:

invoke和set

修改getReflectCallMethodCostTime和getReflectCallFieldCostTime方法的代码如下,对getMethod和getDeclaredField进行测试: 

  1. private long getReflectCallMethodCostTime(int count){  
  2.     long startTime = System.currentTimeMillis();  
  3.     ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);  
  4.     for(int index = 0 ; index < count; index++){  
  5.         try{  
  6.             Method setmLanguageMethod = programMonkey.getClass().getMethod("setmLanguage", String.class);  
  7.         }catch(NoSuchMethodException e){  
  8.             e.printStackTrace();  
  9.         }  
  10.     }  
  11.     return System.currentTimeMillis()-startTime;  
  12.  
  13. private long getReflectCallFieldCostTime(int count){  
  14.     long startTime = System.currentTimeMillis();  
  15.     ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);  
  16.     for(int index = 0 ; index < count; index++){  
  17.         try{  
  18.             Field ageField = programMonkey.getClass().getDeclaredField("mLanguage");  
  19.         }catch(NoSuchFieldException e){  
  20.             e.printStackTrace();  
  21.         } 
  22.     }  
  23.     return System.currentTimeMillis()-startTime; 

沿用上面的测试方法,测试结果如下:

getMethod和getDeclaredField

测试结论:

  •  getMethod和getDeclaredField方法会比invoke和set方法耗时;
  •  随着测试数量级越大,性能差异的比例越趋于稳定;

由于测试的这四个方法最终调用的都是native方法,无法进一步跟踪。个人猜测应该是和在程序运行时操作class有关,比如需要判断是否安全?是否允许这样操作?入参是否正确?是否能够在虚拟机中找到需要反射的类?主要是这一系列判断条件导致了反射耗时;也有可能是因为调用natvie方法,需要使用JNI接口,导致了性能问题(参照Log.java、System.out.println,都是调用native方法,重复调用多次耗时很明显)。

如果避免反射导致的性能问题? 

通过上面的测试可以看出,过多地使用反射,的确会存在性能问题,但如果使用得当,所谓反射导致性能问题也就不是问题了,关于反射对性能的影响,参照下面的使用原则,并不会有什么明显的问题:

  •  不要过于频繁地使用反射,大量地使用反射会带来性能问题;
  •  通过反射直接访问实例会比访问方法快很多,所以应该优先采用访问实例的方式。

后记

上面的测试并不全面,但在一定程度上能够反映出反射的确会导致性能问题,也能够大概知道是哪个地方导致的问题。如果后面有必要进一步测试,我会从下面几个方面作进一步测试:

  •  测试频繁调用native方法是否会有明显的性能问题;
  •  测试同一个方法内,过多的条件判断是否会有明显的性能问题;
  •  测试类的复杂程度是否会对反射的性能有明显影响 

 

责任编辑:庞桂玉 来源: Java编程
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