Java反射到底慢在哪？

有朋友在我前兩天寫的一篇文章深入淺出反射底下留言，問反射具體是怎么影響性能的？這引起了我的反思。是啊，在闡述某個觀點時確實有必要說明原因，并且證明這個觀點是對的，雖然反射影響性能人盡皆知，我曾經(jīng)也真的研究過反射是否存在性能問題，但并沒有在寫文章的時候詳細說明。這讓我想到網(wǎng)上很多信息只會告訴你結(jié)論，并不會說明原因，導致很多學到的東西都是死記硬背，而不是真正掌握，別人一問或者自己親身遇到同樣的問題時，傻眼了。

反射真的存在性能問題嗎？

還是使用上篇文章的demo，為了放大問題，找到共性，采用逐漸擴大測試次數(shù)、每次測試多次取平均值的方式，針對同一個方法分別就直接調(diào)用該方法、反射調(diào)用該方法、直接調(diào)用該方法對應的實例、反射調(diào)用該方法對應的實例分別從1-1000000，每隔一個數(shù)量級測試一次：

測試代碼如下（Person、ICompany、ProgramMonkey這三個類已在之前的文章中貼出）：

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 + "毫秒耗時情況測試");
                for(int index = 0; index < AVERAGE_COUNT; index++){
                    updateResultTextView("第 " + (index+1) + " 次");
                    costTime = getNormalCallCostTime(executeCount);
                    reflectMethodCostTime += costTime;
                    updateResultTextView("執(zhí)行直接調(diào)用方法耗時：" + costTime + " 毫秒");
                    costTime = getReflectCallMethodCostTime(executeCount);
                    normalMethodCostTime += costTime;
                    updateResultTextView("執(zhí)行反射調(diào)用方法耗時：" + costTime + " 毫秒");
                    costTime = getNormalFieldCostTime(executeCount);
                    reflectFieldCostTime += costTime;
                    updateResultTextView("執(zhí)行普通調(diào)用實例耗時：" + costTime + " 毫秒");
                    costTime = getReflectCallFieldCostTime(executeCount);
                    normalFieldCostTime += costTime;
                    updateResultTextView("執(zhí)行反射調(diào)用實例耗時：" + costTime + " 毫秒");
                }

                updateResultTextView("執(zhí)行直接調(diào)用方法平均耗時：" + reflectMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");
                updateResultTextView("執(zhí)行反射調(diào)用方法平均耗時：" + normalMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");
                updateResultTextView("執(zhí)行普通調(diào)用實例平均耗時：" + reflectFieldCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");
                updateResultTextView("執(zhí)行反射調(diào)用實例平均耗時：" + 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");
            }
        });
    }
}

測試結(jié)果如下：

反射性能測試結(jié)果

測試結(jié)論：

  • 反射的確會導致性能問題；

  • 反射導致的性能問題是否嚴重跟使用的次數(shù)有關(guān)系，如果控制在100次以內(nèi)，基本上沒什么差別，如果調(diào)用次數(shù)超過了100次，性能差異會很明顯；

  • 四種訪問方式，直接訪問實例的方式效率最高；其次是直接調(diào)用方法的方式，耗時約為直接調(diào)用實例的1.4倍；接著是通過反射訪問實例的方式，耗時約為直接訪問實例的3.75倍；最慢的是通過反射訪問方法的方式，耗時約為直接訪問實例的6.2倍；

反射到底慢在哪？

跟蹤源碼可以發(fā)現(xiàn)，四個方法中都存在實例化ProgramMonkey的代碼，所以可以排除是這句話導致的不同調(diào)用方式產(chǎn)生的性能差異；通過反射調(diào)用方法中調(diào)用了setAccessible方法，但該方法純粹只是設置屬性值，不會產(chǎn)生明顯的性能差異；所以最有可能產(chǎn)生性能差異的只有g(shù)etMethod和getDeclaredField、invoke和set方法了，下面分別就這兩組方法進行測試，找到具體慢在哪？

首先測試invoke和set方法，修改getReflectCallMethodCostTime和getReflectCallFieldCostTime方法的代碼如下：

    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;
    }

沿用上面的測試方法，測試結(jié)果如下：

invoke和set

修改getReflectCallMethodCostTime和getReflectCallFieldCostTime方法的代碼如下，對getMethod和getDeclaredField進行測試：

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;
}

沿用上面的測試方法，測試結(jié)果如下：

getMethod和getDeclaredField

測試結(jié)論：

  • getMethod和getDeclaredField方法會比invoke和set方法耗時；

  • 隨著測試數(shù)量級越大，性能差異的比例越趨于穩(wěn)定；

由于測試的這四個方法最終調(diào)用的都是native方法，無法進一步跟蹤。個人猜測應該是和在程序運行時操作class有關(guān)，比如需要判斷是否安全？是否允許這樣操作？入?yún)⑹欠裾_？是否能夠在虛擬機中找到需要反射的類？主要是這一系列判斷條件導致了反射耗時；也有可能是因為調(diào)用natvie方法，需要使用JNI接口，導致了性能問題（參照Log.java、System.out.println，都是調(diào)用native方法，重復調(diào)用多次耗時很明顯）。

如果避免反射導致的性能問題？

通過上面的測試可以看出，過多地使用反射，的確會存在性能問題，但如果使用得當，所謂反射導致性能問題也就不是問題了，關(guān)于反射對性能的影響，參照下面的使用原則，并不會有什么明顯的問題：

  • 不要過于頻繁地使用反射，大量地使用反射會帶來性能問題；

  • 通過反射直接訪問實例會比訪問方法快很多，所以應該優(yōu)先采用訪問實例的方式。

后記

上面的測試并不全面，但在一定程度上能夠反映出反射的確會導致性能問題，也能夠大概知道是哪個地方導致的問題。如果后面有必要進一步測試，我會從下面幾個方面作進一步測試：

  • 測試頻繁調(diào)用native方法是否會有明顯的性能問題；

  • 測試同一個方法內(nèi)，過多的條件判斷是否會有明顯的性能問題；

  • 測試類的復雜程度是否會對反射的性能有明顯影響。

最后編輯于 ：
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