Java反射到底慢在哪？

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(diǎn)時確實有必要說明原因，并且證明這個觀點(diǎn)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(xì)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(dǎo)致很多學(xué)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(kuò)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(yīng)的實例、反射調(diào)用該方法對應(yīng)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?????????????????????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?????????????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?????????????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?????????????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?????????????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(dǎo)致性能問題；
• 反射導(dǎo)致的性能問題是否嚴(yán)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(dǎo)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(shè)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(jìn)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?????????????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?????????????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(jìn)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?????????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?????????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(jìn)一步跟蹤。個人猜測應(yīng)該是和在程序運(yùn)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(jī)中找到需要反射的類？主要是這一系列判斷條件導(dǎo)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(dǎo)致了性能問題（參照Log.java、System.out.println，都是調(diào)用native方法，重復(fù)調(diào)用多次耗時很明顯）。

如果避免反射導(dǎo)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(dāng)，所謂反射導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)致性能問題，也能夠大概知道是哪個地方導(dǎo)致的問題。如果后面有必要進(jìn)一步測試，我會從下面幾個方面作進(jìn)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(fù)雜程度是否會對反射的性能有明顯影響。