Java反射到底慢在哪?

02/24 00:34
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有朋友在我前两天写的一篇文章 深入浅出反射底下留言,问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,每个数量级测试一次:

测试代码如下:


public class ReflectionPerformanceActivity extends Activity{
    private TextView mExecuteResultTxtView = null;
    private EditText mExecuteCountEditTxt = null;
    private Executor mPerformanceExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    private static final int AVERAGE_COUNT = 10;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState){
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_reflection_performance_layout);
        mExecuteResultTxtView = (TextView)findViewById(R.id.executeResultTxtId);
        mExecuteCountEditTxt = (EditText)findViewById(R.id.executeCountEditTxtId);
    }

    public void onClick(View v){
        switch(v.getId()){
            case R.id.executeBtnId:{
                execute();
            }
            break;
            default:{

            }
            break;
        }
    }

    private void execute(){
        mExecuteResultTxtView.setText("");
        mPerformanceExecutor.execute(new Runnable(){
            @Override
            public void run(){
                long costTime = 0;
                int executeCount = Integer.parseInt(mExecuteCountEditTxt.getText().toString());
                long reflectMethodCostTime=0,normalMethodCostTime=0,reflectFieldCostTime=0,normalFieldCostTime=0;
                updateResultTextView(executeCount + "毫秒耗时情况测试");
                for(int index = 0; index < AVERAGE_COUNT; index++){
                    updateResultTextView("第 " + (index+1) + " 次");
                    costTime = getNormalCallCostTime(executeCount);
                    reflectMethodCostTime += costTime;
                    updateResultTextView("执行直接调用方法耗时:" + costTime + " 毫秒");
                    costTime = getReflectCallMethodCostTime(executeCount);
                    normalMethodCostTime += costTime;
                    updateResultTextView("执行反射调用方法耗时:" + costTime + " 毫秒");
                    costTime = getNormalFieldCostTime(executeCount);
                    reflectFieldCostTime += costTime;
                    updateResultTextView("执行普通调用实例耗时:" + costTime + " 毫秒");
                    costTime = getReflectCallFieldCostTime(executeCount);
                    normalFieldCostTime += costTime;
                    updateResultTextView("执行反射调用实例耗时:" + costTime + " 毫秒");
                }

                updateResultTextView("执行直接调用方法平均耗时:" + reflectMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");
                updateResultTextView("执行反射调用方法平均耗时:" + normalMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");
                updateResultTextView("执行普通调用实例平均耗时:" + reflectFieldCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");
                updateResultTextView("执行反射调用实例平均耗时:" + normalFieldCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");
            }
        });
    }

    private long getReflectCallMethodCostTime(int count){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for(int index = 0 ; index < count; index++){
            ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);
            try{
                Method setmLanguageMethod = programMonkey.getClass().getMethod("setmLanguage", String.class);
                setmLanguageMethod.setAccessible(true);
                setmLanguageMethod.invoke(programMonkey, "Java");
            }catch(IllegalAccessException e){
                e.printStackTrace();
            }catch(InvocationTargetException e){
                e.printStackTrace();
            }catch(NoSuchMethodException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }

        return System.currentTimeMillis()-startTime;
    }

    private long getReflectCallFieldCostTime(int count){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for(int index = 0 ; index < count; index++){
            ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);
            try{
                Field ageField = programMonkey.getClass().getDeclaredField("mLanguage");
                ageField.set(programMonkey, "Java");
            }catch(NoSuchFieldException e){
                e.printStackTrace();
            }catch(IllegalAccessException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }

        return System.currentTimeMillis()-startTime;
    }

    private long getNormalCallCostTime(int count){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for(int index = 0 ; index < count; index++){
            ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);
            programMonkey.setmLanguage("Java");
        }

        return System.currentTimeMillis()-startTime;
    }

    private long getNormalFieldCostTime(int count){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for(int index = 0 ; index < count; index++){
            ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);
            programMonkey.mLanguage = "Java";
        }

        return System.currentTimeMillis()-startTime;
    }

    private void updateResultTextView(final String content){
        ReflectionPerformanceActivity.this.runOnUiThread(new Runnable(){
            @Override
            public void run(){
                mExecuteResultTxtView.append(content);
                mExecuteResultTxtView.append("\n");
            }
        });
    }
}

测试结果如下:

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;

  • 四种访问方式中,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  set 方法。修改 getReflectCallMethodCostTime 和 getReflectCallFieldCostTime 方法的代码如下:


private long getReflectCallMethodCostTime(int count){
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);
    Method setmLanguageMethod = null;
    try{
        setmLanguageMethod = programMonkey.getClass().getMethod("setmLanguage", String.class);
        setmLanguageMethod.setAccessible(true);
    }catch(NoSuchMethodException e){
        e.printStackTrace();
    }

    for(int index = 0 ; index < count; index++){
        try{
            setmLanguageMethod.invoke(programMonkey, "Java");
        }catch(IllegalAccessException e){
            e.printStackTrace();
        }catch(InvocationTargetException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    return System.currentTimeMillis()-startTime;
}

private long getReflectCallFieldCostTime(int count){
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);
    Field ageField = null;
    try{
        ageField = programMonkey.getClass().getDeclaredField("mLanguage");

    }catch(NoSuchFieldException e){
        e.printStackTrace();
    }

    for(int index = 0 ; index < count; index++){
        try{
            ageField.set(programMonkey, "Java");
        }catch(IllegalAccessException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    return System.currentTimeMillis()-startTime;
}

沿用上面的测试方法,测试结果如下:

修改 getReflectCallMethodCostTime 和 getReflectCallFieldCostTime 方法对 getMethod 和 getDeclaredField 进行测试。代码如下:


private long getReflectCallMethodCostTime(int count){
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);

    for(int index = 0 ; index < count; index++){
        try{
            Method setmLanguageMethod = programMonkey.getClass().getMethod("setmLanguage", String.class);
        }catch(NoSuchMethodException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    return System.currentTimeMillis()-startTime;
}

private long getReflectCallFieldCostTime(int count){
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12);
    for(int index = 0 ; index < count; index++){
        try{
            Field ageField = programMonkey.getClass().getDeclaredField("mLanguage");
        }catch(NoSuchFieldException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    return System.currentTimeMillis()-startTime;
}

沿用上面的测试方法,测试结果如下:

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。

 

如何避免反射导致的性能问题?

通过上面的测试可以看出,过度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,如果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、大量地使用反射,这样会带来性能问题;

  • 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。

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