Java反射到底慢在哪

傷城~ 2023-07-05 14:56 16阅读 0赞

有朋友在我前两天写的一篇文章[深入浅出反射][Link 1]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：**

![format_png][]

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：

![format_png 1][]

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：

![format_png 2][]

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。

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