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FrameWork反射调用的几种方式及性能测试

  • 时间:2017-02-24
  • 发布:.Net培训
  • 来源:NET知识

园子里和这个话题的相关文章比较多,本文是旧话重提,外加个小的总结。主要因为近期看到很多同学、朋友都已经使用 VS2012 进行 .NET 4.5 开发了,却还在大量使用反射,不知道用新的方式。或有所了解,但又害怕性能不好不敢大胆去用。

本文以如下类为例:

public class MyMath

{ public int Add(int a, int b)

{ return a + b;

}

}

替代反射的几种方式

倒序说吧,从最先进最简单的开始。

1. dynamic 调用

.NET 4 引入了 dynamic 类型,可以使用如下方式来完成对 MyMath.Add 方法的动态调用:

dynamic math = new MyMath();int result = math.Add(1, 2);

非常简单,效率也不错,可以看后面的性能对比测试结果。

但有一点要注意, dynamic 遵守 .NET 的访问级别限定,会对成员进行可见性检查。也就是说,只能 dynamic 调用 public 成员;当然,如果是同一程序集内部,internal 成员也是可以访问的。

2. Expression Tree 编译调用

Expression Tree 是 .NET 3.5 引入的。简单地,我们可以使用 lambda 构建一颗 Expression Tree:

var math = new MyMath();

Expression> add = (a, b) => math.Add(a, b);

这种方法适合手工编码构建,还有另外一种方式可以动态构建:

var add = typeof(MyMath).GetMethod("Add");var math = Expression.Parameter(typeof(MyMath));var a = Expression.Parameter(typeof(int), "a");var b = Expression.Parameter(typeof(int), "b");var body = Expression.Call(myMath, add, a, b);var lambda = Expression.Lambda>(body, math, a, b);

两种方式构建出的 Tree 是相同的。

话归正题,构建出表达式树后,调用其 Compile 方法便可编译成一个委托,如下代码第 3 行:

var math = new MyMath();

Expression> addExpTree = (a, b) => math.Add(a, b); // ExressionTreeFunc add = addExpTree.Compile(); // 编译成委托var result = add(1, 2); // 相加,结果为3

与 dynamic 调用方法同,Expression Tree 编译出的委托方法也遵守 .NET 的访问级别限定,会对成员进行可见性检查,不能访问私有成员。

3. 反射发出调用

这里只介绍反射发出的一项技术 DynamicMethod,.NET 2.0 新增此类。

使用 DynamicMethod 类在运行时定义轻量全局方法,然后使用委托执行这些方法。

针对 MyMath.Add 方法,调用比前面两种方式复杂些:

var addMethod = typeof(MyMath).GetMethod("Add");var dynamicMethod = new DynamicMethod("", typeof(int), new[] { typeof(MyMath), typeof(int), typeof(int) });//var il = dynamicMethod.GetILGenerator();

il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);

il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);

il.Emit(OpCodes.Ldarg_2);

il.Emit(OpCodes.Callvirt, addMethod);

il.Emit(OpCodes.Ret);//var add = (Func)dynamicMethod.CreateDelegate(typeof(Func));//var math = ew MyMath();var result = add(math, 1, 2);

从第 5 行起,使用几个 IL 汇编指令,简单一说:

第 5 行,OpCodes.Ldarg_0 是将索引为 0 的参数值推送到堆栈上,Ldarg_1、Ldarg_2 以此类推;

第 6 行,OpCodes.Callvirt 是调用对象的(后期绑定)方法,并且将返回值推送到计算堆栈上;

第 9 行,OpCodes.Ret 表达从当前方法返回,并将返回值(如果存在)从调用方的计算堆栈推送到被调用方的计算堆栈上。

反射发出是在汇编级别的,很底层,也就意味着效率更高、威力更强大。反射发出能绕过跳过 JIT 可见性检查,访问 private 成员(对于 DynamicMethod 类,请查看:DynamicMethod 构造函数 (String, Type, Type[], Boolean))。

下面是几种方法的性能测试。

性能对比测试

这里对直接、反射发出、dynamic 、表达式树编译、反射五种调用方式进行性能对比测试。

测试结果

先给出测试的结果:

【FrameWork反射调用的几种方式及性能测试】

从上图中可以看出:

直接调用性能最佳;

反射发出和表达式树两种方式性能相当,速度接近直接调用;

dynamic 性能居中,也不错;

反射方式性能最差。

另外说明两点:

本次测试仅针对 MyMath.Add 方法,其参数和返回值都是值类型,反射调用时存在大量装箱、拆箱。如果测试方法的参数和返回值都是引用类型,反射方式与其它方式间的差距会小些。

从上图可以看出这几次方式性能差别较大,但此结果是重复 100 万次的情况下得出的。考虑单次调用,反射只比直接调用慢 381 纳秒。如果你的代码不是位于循环的中心或是系统的瓶颈,调用次数不多,性能差异可以完全忽略。

测试代码

以下是测试用代码,仅参考:

using System;using System.Linq.Expressions;using System.Reflection.Emit;public class MyMath { public int Add(int a, int b) { return a + b; }

} class Program { static void Main(string[] args) { int result; var math = ew MyMath(); var count = 1000000;

Console.WriteLine("数据量:" + count);

Console.WriteLine("-----------------------------r\n"); using (Profiler.Step("循环:{0} ms")) { for (int i = 0; i < count; i++)

result = 1;

} using (Profiler.Step("直接调用 :{0} ms")) { for (int i = 0; i < count; i++)

result = math.Add(i, i);

} using (Profiler.Step("反射发出:{0} ms")) { var emitAdd = BuildEmitAddFunc(); for (int i = 0; i < count; i++)

result = emitAdd(math, i, i);

} using (Profiler.Step("表达式树:{0} ms")) { var expressionAdd = BuildExpressionAddFunc(); for (int i = 0; i < count; i++)

result = expressionAdd(math, i, i);

} using (Profiler.Step("dynamic 调用:{0} ms")) { dynamic d = math; for (int i = 0; i < count; i++)

result = d.Add(i, i);

} using (Profiler.Step("反射调用:{0} ms")) { var add = typeof(MyMath).GetMethod("Add"); for (int i = 0; i < count; i++)

result = (int)add.Invoke(math, new object[] { i, i });

}

Console.WriteLine("\r\n\r\n测试完成,任意键退出...");

Console.ReadKey();

} static Func BuildExpressionAddFunc() { var add = typeof(MyMath).GetMethod("Add"); var math = Expression.Parameter(typeof(MyMath)); var a = Expression.Parameter(typeof(int), "a"); var b = Expression.Parameter(typeof(int), "b"); var body = Expression.Call(math, add, a, b); var lambda = Expression.Lambda>(body, math, a, b); return lambda.Compile();

} static Func BuildEmitAddFunc() { var add = typeof(MyMath).GetMethod("Add"); var dynamicMethod = new DynamicMethod("", typeof(int), new[] { typeof(MyMath), typeof(int), typeof(int) }); var il = dynamicMethod.GetILGenerator();

il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);

il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);

il.Emit(OpCodes.Ldarg_2);

il.Emit(OpCodes.Callvirt, add);

il.Emit(OpCodes.Ret); return (Func)dynamicMethod.CreateDelegate(typeof(Func));

}

}

Profiler 是我写的一个类,用于简化测试:

using System;using System.Diagnostics;public class Profiler : IDisposable { private Stopwatch watch; private string message; private Profiler(string message) { this.watch = new Stopwatch(); this.watch.Start(); this.message = message;

} public void Dispose() {

watch.Stop();

Console.WriteLine(message, watch.ElapsedMilliseconds);

Console.WriteLine();

} public static IDisposable Step(string message) { return new Profiler(message);

} public static T Inline(string message, Func func) { using (new Profiler(message)) return func();

}

}

总结

综上所述,我们可以使用 .NET 2.0 的 DynamicMethod,.NET 3.5 引入的 Expression Tree、.NET 4 新增的 dynamic 来替换反射调用,带来更好的性能。

.net培训机构希望本文对大家有所帮助,也希望整天忙于项目、疲于工作的朋友抽点时间学习下 .NET Framework 的一些“新”

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