Java反射到底慢在哪？

作者：佚名 2020-11-27 10:16:10

所以最有可能產生性能差異的只有getMethod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。

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。這讓我想到網上很多信息只會告訴你結論，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、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用該方法、反射調用該方法、直接調用該方法對應的實例、反射調用該方法對應的實例分別從1-1000000，每隔一個數量級測試一次：

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("執行直接調用方法耗時：" + costTime + " 毫秒");  
                    costTime = getReflectCallMethodCostTime(executeCount);  
                    normalMethodCostTime += costTime;  
                    updateResultTextView("執行反射調用方法耗時：" + costTime + " 毫秒");  
                    costTime = getNormalFieldCostTime(executeCount);  
                    reflectFieldCostTime += costTime;  
                    updateResultTextView("執行普通調用實例耗時：" + costTime + " 毫秒");  
                    costTime = getReflectCallFieldCostTime(executeCount);  
                    normalFieldCostTime += costTime;  
                    updateResultTextView("執行反射調用實例耗時：" + costTime + " 毫秒");  
                }  
                updateResultTextView("執行直接調用方法平均耗時：" + reflectMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");  
                updateResultTextView("執行反射調用方法平均耗時：" + normalMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");  
                updateResultTextView("執行普通調用實例平均耗時：" + reflectFieldCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");  
                updateResultTextView("執行反射調用實例平均耗時：" + 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");  
            }  
        });  
    }  
}

測試結果如下：

反射性能測試結果

測試結論：

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有關系，如果控制在100次以內，基本上沒什么差別，如果調用次數超過了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；其次是直接調用方法的方式，耗時約為直接調用實例的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？

跟蹤源碼可以發現，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用方式產生的性能差異；通過反射調用方法中調用了setAccessible方法，但該方法純粹只是設置屬性值，不會產生明顯的性能差異；所以最有可能產生性能差異的只有getMethod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，測試結果如下：

getMethod和getDeclaredField

測試結論：

getMethod和getDeclaredField方法會比invoke和set方法耗時；
隨著測試數量級越大，性能差異的比例越趨于穩定；

由于測試的這四個方法最終調用的都是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，比如需要判斷是否安全？是否允許這樣操作？入參是否正確？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，都是調用native方法，重復調用多次耗時很明顯）。

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：

測試頻繁調用native方法是否會有明顯的性能問題；
測試同一個方法內，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

責任編輯：龐桂玉來源： Java編程

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