Java - 如何提高使用Java反射的效率？

前言

在我們平時的工作或者面試中，都會經常遇到“反射”這個知識點，通過“反射”我們可以動態的獲取到對象的信息以及靈活的調用對象方法等，但是在使用的同時又伴隨着另一種聲音的出現，那就是“反射”很慢，要少用。難道反射真的很慢？那跟我們平時正常創建對象調用方法比慢多少? 估計很多人都沒去測試過，只是”道聽途說“。下面我們就直接通過一些測試用例來直觀的感受一下”反射“。

 

正文

準備測試對象

下面先定義一個測試的類TestUser，只有id跟name屬性，以及它們的getter/setter方法，另外還有一個自定義的sayHi方法。

public class TestUser {
    private Integer id;
    private String name;
    
    public String sayHi(){
        return "hi";
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

測試創建100萬個對象

// 通過普通方式創建TestUser對象
@Test
public void testCommon(){
    long start = System.currentTimeMillis();
    TestUser user = null;
    int i = 0;
    while(i<1000000){
        ++i;
        user = new TestUser();
    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("普通對象創建耗時："+(end - start ) + "ms");
}

// 普通對象創建耗時：10ms
 

// 通過反射方式創建TestUser對象
@Test
public void testReflexNoCache() throws Exception {
    long start = System.currentTimeMillis();
    TestUser user = null;
    int i = 0;
    while(i<1000000){
        ++i;
        user = (TestUser) Class.forName("ReflexDemo.TestUser").newInstance();
    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("無緩存反射創建對象耗時："+(end - start ) + "ms");
}

// 無緩存反射創建對象耗時：926ms

在上面這兩個測試方法中，筆者各自測了5次，把他們消耗的時間取了一個平均值，在輸出結果中可以看到一個是10ms，一個是926ms，在創建100W個對象的情況下，反射居然慢了90倍左右。wtf？差距居然這麼大？難道反射真的這麼慢？下面筆者換一種反射的姿勢，繼續測試一下，看看結果如何？

// 通過緩存反射方式創建TestUser對象
@Test
public void testReflexWithCache() throws Exception {
    long start = System.currentTimeMillis();
    TestUser user = null;
    Class rUserClass = Class.forName("RefleDemo.TestUser");
    int i = 0;
    while(i<1000000){
        ++i;
        user = (TestUser) rUserClass.newInstance();
    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("通過緩存反射創建對象耗時："+(end - start ) + "ms");
}

// 通過緩存反射創建對象耗時：41ms

咦？這種操作只需要41ms了，大大提高了反射創建對象的效率。爲什麼會快這麼多呢？

其實通過代碼我們可以發現，是Class.forName這個方法比較耗時，它實際上調用了一個本地方法，通過這個方法來要求JVM查找並加載指定的類。所以我們在項目中使用的時候，可以把Class.forName返回的Class對象緩存起來，下一次使用的時候直接從緩存裏面獲取，這樣就極大的提高了獲取Class的效率。同理，在我們獲取Constructor、Method等對象的時候也可以緩存起來使用，避免每次使用時再來耗費時間創建。

 

測試反射調用方法

@Test
public void testReflexMethod() throws Exception {
    long start = System.currentTimeMillis();
    Class testUserClass = Class.forName("RefleDemo.TestUser");
    TestUser testUser = (TestUser) testUserClass.newInstance();
    Method method = testUserClass.getMethod("sayHi");
    int i = 0;
    while(i<100000000){
        ++i;
        method.invoke(testUser);
    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("反射調用方法耗時："+(end - start ) + "ms");
}

// 反射調用方法耗時：330ms

@Test
public void testReflexMethod() throws Exception {
    long start = System.currentTimeMillis();
    Class testUserClass = Class.forName("RefleDemo.TestUser");
    TestUser testUser = (TestUser) testUserClass.newInstance();
    Method method = testUserClass.getMethod("sayHi");
    int i = 0;
    while(i<100000000){
        ++i;
        method.setAccessible(true);
        method.invoke(testUser);
    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("setAccessible=true 反射調用方法耗時："+(end - start ) + "ms");
}

// setAccessible=true 反射調用方法耗時：188ms

這裏我們反射調用sayHi方法1億次，在調用了method.setAccessible(true)後，發現快了將近一半。查看API可以瞭解到，jdk在設置獲取字段，調用方法的時候會執行安全訪問檢查，而此類操作會比較耗時，所以通過setAccessible(true)的方式可以關閉安全檢查，從而提升反射效率。

 

極致的反射

除了上面的手段，還有沒有什麼辦法可以更極致的使用反射呢？這裏介紹一個高性能反射工具包ReflectASM。它是通過字節碼生成的方式來實現的反射機制，下面是一個跟java反射的性能比較。

這裏就不介紹它的用法了，有興趣的朋友可以直接傳送過去：https://github.com/EsotericSoftware/reflectasm

 

結語

最後總結一下，爲了更好的使用反射，我們應該在項目啓動的時候將反射所需要的相關配置及數據加載進內存中，在運行階段都從緩存中取這些元數據進行反射操作。大家也不用懼怕反射，虛擬機在不斷的優化，只要我們方法用的對，它並沒有”傳聞“中的那麼慢，當我們對性能有極致追求的時候，可以考慮通過三方包，直接對字節碼進行操作。