Java反射到底慢在哪?

上一篇 / 下一篇  2020-11-27 16:22:19

  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):
  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:
  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:
  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:
invoke和set
  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:
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 

TAG: 软件开发 Java

 

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  • 更新时间: 2020-12-31

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