Java 反射到底慢在哪？
2020-12-01
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作者：张明云
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；推荐看下《Java反射是什么？》够了。
- 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。
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