Java反射到底慢在哪？

有朋友在我前兩天寫的一篇文章深入淺出反射底下留言，問反射具體是怎麼影響性能的？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，並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，但並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，並不會說明原因，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，爲了放大問題找到共性，採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，每個數量級測試一次：

測試代碼如下：


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：

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係。如果控制在100次以內，基本上沒什麼差別；如果調用次數超過了100次，性能差異會很明顯；
四種訪問方式中，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，耗時約爲直接調用實例的1.4倍；接着是通過反射訪問實例的方式，耗時約爲直接訪問實例的3.75倍；最慢的是通過反射訪問方法的方式，耗時約爲直接訪問實例的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：

修改 getReflectCallMethodCostTime 和 getReflectCallFieldCostTime 方法對 getMethod 和 getDeclaredField 進行測試。代碼如下：


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：

測試結論：

getMethod 和 getDeclaredField 方法會比 invoke 和 set 方法耗時；
隨着測試數量級越大，性能差異的比例越趨於穩定。

由於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；也有可能是因爲調用 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，重複調用多次耗時很明顯。

如何避免反射導致的性能問題？

通過上面的測試可以看出，過度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。

關於反射對性能的影響，如果參照下面的使用原則並不會有什麼明顯的問題：

不要過於頻繁地、大量地使用反射，這樣會帶來性能問題；
通過反射直接訪問實例會比訪問方法快很多，所以應該優先採用訪問實例的方式。

後記

上面的測試並不全面，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。如果後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；
測試類的複雜程度是否會對反射的性能有明顯影響。

Java反射到底慢在哪？

反射真的存在性能問題嗎？

反射到底慢在哪？

如何避免反射導致的性能問題？

後記

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