Java学习&面试指南-程序员大彬

反射是怎么影响性能的？

大彬
大约 6 分钟

今天来聊聊反射的性能问题。反射具体是怎么影响性能的？

01 反射真的存在性能问题吗？

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：

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，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。

02 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：

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

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）。

03 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。

04 总结

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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