在 .NET 中創(chuàng)建對象的幾種方式的對比

在 .net 中，創(chuàng)建一個(gè)對象最簡單的方法是直接使用 new (), 在實(shí)際的項(xiàng)目中，我們可能還會用到反射的方法來創(chuàng)建對象，如果你看過?Microsoft.Extensions.DependencyInjection?的源碼，你會發(fā)現(xiàn)，為了保證在不同場景中的兼容性和性能，內(nèi)部使用了多種反射機(jī)制。在本文中，我對比了常見的幾種反射的方法，介紹了它們分別應(yīng)該如何使用，每種的簡易度和靈活度，然后做了基準(zhǔn)測試，一起看看這之間的性能差距。

我按照使用的簡易度和靈活度，做了下邊的排序，可能還有一些其他的反射方式，比如 Source Generators，本文中只針對以下幾種進(jìn)行測試。

?直接調(diào)用 ConstructorInfo 對象的Invoke()方法?使用 Activator.CreateInstance()?使用 Microsoft.Extensions.DependencyInjection?黑科技 Natasha?使用表達(dá)式 Expression?使用 Reflection.Emit 創(chuàng)建動態(tài)方法

使用標(biāo)準(zhǔn)反射的 Invoke 方法

Type typeToCreate = typeof(Employee);ConstructorInfo ctor = typeToCreate.GetConstructor(System.Type.EmptyTypes);Employee employee = ctor.Invoke(null) as Employee;

第一步是通過 typeof() 獲取對象的類型，你也可以通過 GetType 的方式，然后調(diào)用 GetConstructor 方法，傳入 System.Type.EmptyTypes 參數(shù)，實(shí)際上它是一個(gè)空數(shù)組 (new Type[0]), 返回 ConstructorInfo對象, 然后調(diào)用 Invoke 方法，會返回一個(gè) Employee 對象。

這是使用反射的最簡單和最靈活的方法之一，因?yàn)榭梢允褂妙愃频姆椒▉碚{(diào)用對象的方法、接口和屬性等，但是這個(gè)也是最慢的反射方法之一。

使用 Activator.CreateInstance

如果你需要?jiǎng)?chuàng)建對象的話，在.NET Framework 和 .NET Core 中正好有一個(gè)專門為此設(shè)計(jì)的靜態(tài)類，System.Activator, 使用方法非常的簡單，還可以使用泛型，而且你還可以傳入其他的參數(shù)。

Employee employee = Activator.CreateInstance();

使用 Microsoft.Extensions.DependencyInjection

接下來就是在.NET Core 中很熟悉的 IOC 容器，Microsoft.Extensions.DependencyInjection，把類型注冊到容器中后，然后我們使用 IServiceProvider 來獲取對象，這里我使用了 Transient 的生命周期，保證每次都會創(chuàng)建一個(gè)新的對象

IServiceCollection services = new ServiceCollection();
services.AddTransient();
IServiceProvider provider = services.BuildServiceProvider();
Employee employee = provider.GetService();

Natasha

Natasha 是基于 Roslyn 開發(fā)的動態(tài)程序集構(gòu)建庫，直觀和流暢的 Fluent API 設(shè)計(jì)，通過 roslyn 的強(qiáng)大賦能, 可以在程序運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建代碼，包括 程序集、類、結(jié)構(gòu)體、枚舉、接口、方法等, 用來增加新的功能和模塊，這里我們用 NInstance 來創(chuàng)建對象。

// Natasha 初始化NatashaInitializer.Initialize();
Employee employee = Natasha.CSharp.NInstance.Creator().Invoke();

使用表達(dá)式 Expression

表達(dá)式 Expression 其實(shí)也已經(jīng)存在很長時(shí)間了，在 System.Linq.Expressions 命名空間下， 并且是各種其他功能 (LINQ) 和庫(EF Core) 不可或缺的一部分，在許多方面，它類似于反射，因?yàn)樗鼈冊试S在運(yùn)行時(shí)操作代碼。

NewExpression constructorExpression = Expression.New(typeof(Employee));Expression> lambdaExpression = Expression.Lambda>(constructorExpression);Func func = lambdaExpression.Compile();Employee employee = func();

表達(dá)式提供了一種用于聲明式代碼的高級語言，前兩行創(chuàng)建了的表達(dá)式， 等價(jià)于 () => new Employee()，然后調(diào)用 Compile 方法得到一個(gè) Func<> 的委托，最后調(diào)用這個(gè) Func 返回一個(gè)Employee對象

使用 Emit

Emit 主要在 System.Reflection.Emit 命名空間下，這些方法允許我們在程序中直接創(chuàng)建 IL (中間代碼) 代碼，IL 代碼是指編譯器在編譯程序時(shí)輸出的 "偽匯編代碼", 也就是編譯后的dll，當(dāng)程序運(yùn)行的時(shí)候，.NET CLR 中的 JIT編譯器 將這些 IL 指令轉(zhuǎn)換為真正的匯編代碼。

接下來，需要在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建一個(gè)新的方法，很簡單，沒有參數(shù)，只是創(chuàng)建一個(gè)Employee對象然后直接返回

Employee DynamicMethod(){    return new Employee();}

這里主要使用到了 System.Reflection.Emit.DynamicMethod 動態(tài)創(chuàng)建方法

 DynamicMethod dynamic = new("DynamicMethod", typeof(Employee), null, typeof(ReflectionBenchmarks).Module, false);

創(chuàng)建了一個(gè) DynamicMethod 對象，然后指定了方法名，返回值，方法的參數(shù)和所在的模塊，最后一個(gè)參數(shù) false 表示不跳過 JIT 可見性檢查。

我們現(xiàn)在有了方法簽名，但是還沒有方法體，還需要填充方法體，這里需要C#代碼轉(zhuǎn)換成 IL代碼，實(shí)際上它是這樣的

IL_0000: newobj instance void Employee::.ctor()IL_0005: ret

你可以訪問這個(gè)站點(diǎn)，它可以很方便的把C#轉(zhuǎn)換成IL代碼，https://sharplab.io/^[1]

然后使用 ILGenerator 來操作IL代碼, 然后創(chuàng)建一個(gè) Func<> 的委托, 最后執(zhí)行該委托返回一個(gè) Employee 對象

ConstructorInfor ctor = typeToCreate.GetConstructor(System.Type.EmptyTypes);
ILGenerator il = createHeadersMethod.GetILGenerator();il.Emit(OpCodes.Newobj, Ctor);il.Emit(OpCodes.Ret);
Func emitActivator = dynamic.CreateDelegate(typeof(Func)) as Func;Employee employee = emitActivator();

基準(zhǔn)測試

上面我介紹了幾種創(chuàng)建對象的方式，現(xiàn)在我開始使用 BenchmarkDotNet 進(jìn)行基準(zhǔn)測試，我也把 new Employee() 直接創(chuàng)建的方式加到測試列表中，并用它作為 "基線"，來并比較其他的每種方法，同時(shí)我把一些方法的預(yù)熱操作，放到了構(gòu)造函數(shù)中一次執(zhí)行，最終的代碼如下

using BenchmarkDotNet.Attributes;using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;using System;using System.Linq.Expressions;using System.Reflection;using System.Reflection.Emit;
namespace ReflectionBenchConsoleApp{    public class Employee { }
    public class ReflectionBenchmarks    {         private readonly ConstructorInfo _ctor;        private readonly IServiceProvider _provider;        private readonly Func _expressionActivator;        private readonly Func _emitActivator;        private readonly Func _natashaActivator;

        public ReflectionBenchmarks()        {             _ctor = typeof(Employee).GetConstructor(Type.EmptyTypes); 
            _provider = new ServiceCollection().AddTransient().BuildServiceProvider(); 
            NatashaInitializer.Initialize();            _natashaActivator = Natasha.CSharp.NInstance.Creator();

            _expressionActivator = Expression.Lambda>(Expression.New(typeof(Employee))).Compile(); 
            DynamicMethod dynamic = new("DynamicMethod", typeof(Employee), null, typeof(ReflectionBenchmarks).Module, false);              ILGenerator il = dynamic.GetILGenerator();            il.Emit(OpCodes.Newobj, typeof(Employee).GetConstructor(System.Type.EmptyTypes));            il.Emit(OpCodes.Ret);             _emitActivator = dynamic.CreateDelegate(typeof(Func)) as Func;  
        }  
        [Benchmark(Baseline = true)]        public Employee UseNew() => new Employee(); 
        [Benchmark]        public Employee UseReflection() => _ctor.Invoke(null) as Employee;
        [Benchmark]        public Employee UseActivator() => Activator.CreateInstance();  
        [Benchmark]        public Employee UseDependencyInjection() => _provider.GetRequiredService();

        [Benchmark]        public Employee UseNatasha() => _natashaActivator();

        [Benchmark]        public Employee UseExpression() => _expressionActivator(); 

        [Benchmark]        public Employee UseEmit() => _emitActivator(); 

    }  }

接下來，還修改 Program.cs，注意這里需要在 Release 模式下運(yùn)行測試

using BenchmarkDotNet.Running; 
namespace ReflectionBenchConsoleApp{    public class Program    {        public static void Main(string[] args)        {             var sumary = BenchmarkRunner.Run();        }    } 
}

測試結(jié)果

這里的環(huán)境是 .NET 6 preview5, 使用標(biāo)準(zhǔn)反射的 Invoke() 方法雖然簡單，但它是最慢的一種，使用 Activator.CreateInstance() 和 Microsoft.Extensions.DependencyInjection() 的時(shí)間差不多，時(shí)間是直接 new 創(chuàng)建的16倍，使用表達(dá)式 Expression 表現(xiàn)最優(yōu)秀，Natasha 真是黑科技，比用Emit 還快了一點(diǎn)，使用Emit 是直接 new 創(chuàng)建的時(shí)間的1.8倍。你應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了各種方式之間的差距，但是需要注意的是這里是 ns 納秒，一納秒是一秒的十億分之一。

這里簡單對比了幾種創(chuàng)建對象的方法，測試的結(jié)果也可能不是特別準(zhǔn)確，有興趣的還可以在 .net framework 上面進(jìn)行測試，希望對您有用！

相關(guān)鏈接?

https://andrewlock.net/benchmarking-4-reflection-methods-for-calling-a-constructor-in-dotnet/

https://github.com/dotnetcore/Natasha