C#反射，性能优化，不止于优化

Posted 2022-09-07 dotNET跨平台

“ 架构师的价值，在于独立且理性的思考”

想要写出灵活而且具有更好适应性的代码，反射是首选方案。

反射赋予程序在运行时动态创建实例的能力，可以在程序运行时（而非编译时）获取实例类型，获取元数据信息，动态调用实例方法及属性，实现在通常编程逻辑中无法完成的功能，是编程体系中的高阶技能。

反射的一大弊端是性能偏低，但反射性能究竟低多少，想必并非每个开发人员都了解，那么本着严谨求实的精神，我们来分析一下反射的执行效率及其优化方案。

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优化方案

首先说一下反射的优化方案，反射性能优化有以下几种方案：

1. 委托

2. ILEmit（直接编写IL，复杂度较高）

3. 表达式树（Expression，复杂度相对较高）

4. 元数据缓存

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性能测试

接下来，通过对一个属性的读写操作，分析这几种方案的性能。

下图是分别采用：属性、委托、ILEmit、表达式树、元数据缓存、反射，六种方案，对一个属性进行读写操作的性能测试结果。

         

从测试结果可以看出：

通过反射读取属性值，与直接通过属性读取，耗时相差283倍，

通过反射写入属性值，与直接通过属性写入，耗时相差77倍，

相对来说，反射的性能，确实差了不少。

再从绝对耗时角度看，测试结果中，操作耗时的单位是ns（纳秒），纳秒和秒的换算关系如下：

1s 
= 1000 ms（毫秒）
= 1000000 us（微秒）
= 1000000000 ns（纳秒）

取耗时最长的106 ns，相当于0.000000106 s，0.000106 ms，也就是说，即使在一个业务逻辑中，调用10000次反射设置属性操作，总耗时也只有1.06 ms，通常一个逻辑操作耗时低于10 ms时，性能优化的必要性不大（一家之言，仅供参考）。

对于性能的追求，是每个技术人应当铭记于心的准则，可以根据自己的技术能力，业务场景以及任务排期，选择采用不同的优化方案。

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方案分析

分析一下这几种方案：

1. 委托

对比优化方案可知，委托的性能最好，读性能提高42倍，写性能提高41倍。

委托的实现难度较低，并且代码可阅读性较好，是首选优化方案。

注意：这里的委托是指delegate（包括：Action，Func），而不是Delegate，直接使用Delegate的性能比反射还要低2倍，需要将Delegate转换为特定类型的delegate才能起到性能提升的作用。由此也带来了委托的缺点，通用性不强，需要根据不同类型，创建相应的委托。

1. ILEmit

ILEmit相当于直接通过IL编写代码，创建过程相对复杂，代码可读性低，编写难度高，有兴趣的可以研究一下这个库Sigil。

1. 表达式树

直接编写表达式树也有一定难度，但相对于ILEmit要简单很多，可以深入了解一下。对于属性的读写操作，可以参考FastProperty。

1. 元数据缓存

元数据缓存是最简单的方案，在没有精力采用其他方案时，是个不错的选择，能得到30%的性能提升。

重要说明：此性能测试耗时只包含了不同方案下，属性读写操作方法的耗时，而不包含生成委托、构造ILEmit、构造表达式树的时间，如果算上这部分时间，那么这几种方案比直接使用PropertyInfo还要慢一倍，这一点一定要注意。这就给我们的优化方案提出了新的挑战，需要提前构建委托、Emit或表达式树，并进行缓存，以便后续操作使用，这样才能达到性能优化的目的。

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总结

我们常说：手里拿个锤子，看什么都像钉子。

究其原因是因为我们手里只有锤子，了解更多的方案，扩大自己的知识边界，让自己的工具箱中多几件工具，那么面对不同问题场景时，便可以多几种可选的应对方案。