原文链接：http://www.cnblogs.com/fish-li/archive/2013/02/18/2916253.html 优化反射性能的总结（上） 阅读目录 开始 用Emit方法优化反射 Delegate.CreateDelegate也能创建委托 用Delegate.CreateDelegate优化反射 完整的属性优化方案 委托方案的后续问题 缓存的线程并发问题 小结 招聘信息 反射是一种很重要的技术，然而它与直接调用相比性能要慢很多，因此如何优化反射性能也就成为一个不得不面对的问题。 目前最常见的优化反射性能的方法就是采用委托：用委托的方式调用需要反射调用的方法（或者属性、字段）。 那么如何得到委托呢？ 目前最常见也就是二种方法：Emit, ExpressionTree 。其中ExpressionTree可认为是Emit方法的简化版本， 所以Emit是最根本的方法，它采用在运行时动态构造一段IL代码来包装需要反射调用的代码， 这段动态生成的代码满足某个委托的签名，因此最后可以采用委托的方式代替反射调用。 回到顶部 用Emit方法优化反射 如果我们需要设计自己的数据访问层，那么就需要动态创建所有的数据实体对象，尤其是还要为每个数据实体对象的属性赋值， 这里就要涉及用反射的方法对属性执行写操作，为了优化这种反射场景的性能，我们可以用下面的方法来实现： public delegate void SetValueDelegate(object target, object arg); public static class DynamicMethodFactory { public static SetValueDelegate CreatePropertySetter(PropertyInfo property) { if( property == null ) throw new ArgumentNullException("property"); if( !property.CanWrite ) return null; MethodInfo setMethod = property.GetSetMethod(true); DynamicMethod dm = new DynamicMethod("PropertySetter", null, new Type[] { typeof(object), typeof(object) }, property.DeclaringType, true); ILGenerator il = dm.GetILGenerator(); if( !setMethod.IsStatic ) { il.Emit(OpCodes.Ldarg_0); } il.Emit(OpCodes.Ldarg_1); EmitCastToReference(il, property.PropertyType); if( !setMethod.IsStatic && !property.DeclaringType.IsValueType ) { il.EmitCall(OpCodes.Callvirt, setMethod, null); } else il.EmitCall(OpCodes.Call, setMethod, null); il.Emit(OpCodes.Ret); return (SetValueDelegate)dm.CreateDelegate(typeof(SetValueDelegate)); } private static void EmitCastToReference(ILGenerator il, Type type) { if( type.IsValueType ) il.Emit(OpCodes.Unbox_Any, type); else il.Emit(OpCodes.Castclass, type); } } 现在可以用下面的测试代码检验委托调用带来的性能改进： Console.WriteLine(System.Runtime.InteropServices.RuntimeEnvironment.GetSystemVersion()); int count = 1000000; OrderInfo testObj = new OrderInfo(); PropertyInfo propInfo = typeof(OrderInfo).GetProperty("OrderID"); Console.Write("直接访问花费时间： "); Stopwatch watch1 = Stopwatch.StartNew(); for( int i = 0; i < count; i++ ) testObj.OrderID = 123; watch1.Stop(); Console.WriteLine(watch1.Elapsed.ToString()); SetValueDelegate setter2 = DynamicMethodFactory.CreatePropertySetter(propInfo); Console.Write("EmitSet花费时间： "); Stopwatch watch2 = Stopwatch.StartNew(); for( int i = 0; i < count; i++ ) setter2(testObj, 123); watch2.Stop(); Console.WriteLine(watch2.Elapsed.ToString()); Console.Write("纯反射花费时间：　 "); Stopwatch watch3 = Stopwatch.StartNew(); for( int i = 0; i < count; i++ ) propInfo.SetValue(testObj, 123, null); watch3.Stop(); Console.WriteLine(watch3.Elapsed.ToString()); Console.WriteLine("-------------------"); Console.WriteLine("{0} / {1} = {2}", watch3.Elapsed.ToString(), watch1.Elapsed.ToString(), watch3.Elapsed.TotalMilliseconds / watch1.Elapsed.TotalMilliseconds); Console.WriteLine("{0} / {1} = {2}", watch3.Elapsed.ToString(), watch2.Elapsed.ToString(), watch3.Elapsed.TotalMilliseconds / watch2.Elapsed.TotalMilliseconds); Console.WriteLine("{0} / {1} = {2}", watch2.Elapsed.ToString(), watch1.Elapsed.ToString(), watch2.Elapsed.TotalMilliseconds / watch1.Elapsed.TotalMilliseconds); 我用VS2008 (.net 3.5 , CLR 2.0) 测试可以得到以下结果： 从结果可以看出： 1. 反射调用所花时间是直接调用的2629倍， 2. 反射调用所花时间是Emit生成的Set委托代码的82倍， 3. 运行Emit生成的Set委托代码所花时间是直接调用的31倍。 虽然Emit比直接调用还有30倍的差距，但还是比反射调用快80倍左右。 有意思的是，同样的代码，如果用VS2012 ( .net 4.5 , CLR 4.0) 测试可以得到以下结果： 感谢zhangweiwen 在博客中展示了CRL 4.0对反射的性能改进， 在他的博客中还提供了一种采用表达式树的优化版本，以及包含一个泛型的强类型的版本。 回到顶部 Delegate.CreateDelegate也能创建委托 如果我们观察CreatePropertySetter的实现代码，发现这个方法的本质就是创建一个委托： public static SetValueDelegate CreatePropertySetter(PropertyInfo property) { // ..... 省略前面已贴过的代码 return (SetValueDelegate)dm.CreateDelegate(typeof(SetValueDelegate)); } 看到这里，让我想起Delegate.CreateDelegate方法也能创建一个委托，例如： OrderInfo testObj = new OrderInfo(); PropertyInfo propInfo = typeof(OrderInfo).GetProperty("OrderID"); Action setter = (Action)Delegate.CreateDelegate( typeof(Action), null, propInfo.GetSetMethod()); setter(testObj, 123); 显然，这是一种很直观的方法，可以得到一个强类型的委托。 然而，这种方法仅限有一种适用场景：明确知道要访问某个类型的某个属性或者方法，因为我们要提供类型参数。 例如：我要写个关键字过滤的HttpMoudle，它需要修改HttpRequest.Form对象的IsReadOnly属性，由于IsReadOnly在NameObjectCollectionBase类型中已申明为protected访问级别， 所以我只能反射操作它了，而且还需要很频繁的设置它。 在绝大部分反射场景中，例如数据访问层中从DataReader或者DataRow加载数据实体， 我们不可能事先知道要加载哪些类型，更不可能知道要加载哪些数据成员，因此就不可能给泛型委托的类型参数赋值， 这个方法看起来也就行不通了。 如果您不信的话，可以看下面修改后的代码： OrderInfo testObj = new OrderInfo(); PropertyInfo propInfo = typeof(OrderInfo).GetProperty("OrderID"); //Action setter = (Action)Delegate.CreateDelegate( // typeof(Action), null, propInfo.GetSetMethod()); Action setter = (Action)Delegate.CreateDelegate( typeof(Action), null, propInfo.GetSetMethod()); setter(testObj, 123); Console.WriteLine(testObj.OrderID); 虽然能通过编译，但会在运行时报错： 在很多时候，我们只能在运行时得到以Type对象表示的类型，接受object类型才是通用的解决方案。 然而，前面的代码证明了我们不能简单将委托类型从Action修改为Action 。 真的没有办法了吗？ 虽然Emit已是很成熟的优化方案，可我还是希望试试 Delegate.CreateDelegate ！ 回到顶部 用Delegate.CreateDelegate优化反射 当我们用Delegate.CreateDelegate从一个MethodInfo对象创建委托时， 委托的签名必须和MethodInfo表示的方法签名相匹配（有可能不一致）， 所以这种方法得到的委托注定是一种强类型的委托。 现在的问题是：我们在运行时构造与指定MethodInfo匹配的委托，如何将Type对象转换成泛型委托的类型参数？ 为了解决这个问题，我采用了泛型类来解决泛型委托的类型参数问题： public class SetterWrapper { private Action _setter; public SetterWrapper(PropertyInfo propertyInfo) { if( propertyInfo == null ) throw new ArgumentNullException("propertyInfo"); if( propertyInfo.CanWrite == false ) throw new NotSupportedException("属性不支持写操作。"); MethodInfo m = propertyInfo.GetSetMethod(true); _setter = (Action)Delegate.CreateDelegate(typeof(Action), null, m); } public void SetValue(TTarget target, TValue val) { _setter(target, val); } 我用泛型类把Delegate.CreateDelegate的问题解决了，但是如何创建这个类型的实例呢？ 可以用Type.MakeGenericType()方法来解决： public static object CreatePropertySetterWrapper(PropertyInfo propertyInfo) { if( propertyInfo == null ) throw new ArgumentNullException("propertyInfo"); if( propertyInfo.CanWrite == false ) throw new NotSupportedException("属性不支持写操作。"); MethodInfo mi = propertyInfo.GetSetMethod(true); if( mi.GetParameters().Length > 1 ) throw new NotSupportedException("不支持构造索引器属性的委托。"); Type instanceType = typeof(SetterWrapper).MakeGenericType(propertyInfo.DeclaringType, propertyInfo.PropertyType); return Activator.CreateInstance(instanceType, propertyInfo); } 现在问题并没有结束，我又如何调用那些泛型类型实例的委托呢？ 这里还有另一个问题要解决：调用方法需要支持object类型（满足通用性）。 我想到了定义一个接口来解决： public interface ISetValue { void Set(object target, object val); } 然后让SetterWrapper实现ISetValue接口： public class SetterWrapper : ISetValue { // ..... 省略前面已贴过的代码 void ISetValue.Set(object target, object val) { _setter((TTarget)target, (TValue)val); } } 还有前面的CreatePropertySetterWrapper方法也需要再次调整返回值类型： public static ISetValue CreatePropertySetterWrapper(PropertyInfo propertyInfo) { // ..... 省略前面已贴过的代码 return (ISetValue)Activator.CreateInstance(instanceType, propertyInfo); } 考虑到有些特定场景下需要用反射的方式重复操作某一个属性，使用强类型的方法可以避免拆箱装箱， 所以我保留了前面的SetValue方法，让它提供更好的性能，满足一些特定场景的需要。 因此，现在的SetterWrapper类型有二种使用方法，可以提供二种性能不同的实现方法。 现在可以增加二段测试代码来测试它的性能了： Console.Write("泛型委托花费时间： "); SetterWrapper setter3 = new SetterWrapper(propInfo); Stopwatch watch4 = Stopwatch.StartNew(); for( int i = 0; i < count; i++ ) setter3.SetValue(testObj, 123); watch4.Stop(); Console.WriteLine(watch4.Elapsed.ToString()); Console.Write("通用接口花费时间： "); ISetValue setter4 = GetterSetterFactory.CreatePropertySetterWrapper(propInfo); Stopwatch watch5 = Stopwatch.StartNew(); for( int i = 0; i < count; i++ ) setter4.Set(testObj, 123); watch5.Stop(); Console.WriteLine(watch5.Elapsed.ToString()); 测试结果如下： 测试结果表明：强类型的泛型委托的速度比Emit生成的Set委托要快，但是基于通用接口的方法调用由于多了一层包装就比Emit方案要略慢一点。 回到顶部 完整的属性优化方案 前面介绍了为属性赋值这类反射案例的优化方案，那么怎么优化读取属性的反射操作呢？ 其实思路差不多： 1. 在泛型类中调用Delegate.CreateDelegate，得到一个Func, 2. 定义一个IGetValue接口，提供一个方法： object Get(object target); 3. 让泛型类实现IGetValue接口 4. 提供一个工厂方法实例化泛型类的实例。 相关代码如下： public interface IGetValue { object Get(object target); } public static class GetterSetterFactory { public static IGetValue CreatePropertyGetterWrapper(PropertyInfo propertyInfo) { if( propertyInfo == null ) throw new ArgumentNullException("propertyInfo"); if( propertyInfo.CanRead == false ) throw new InvalidOperationException("属性不支持读操作。"); MethodInfo mi = propertyInfo.GetGetMethod(true); if( mi.GetParameters().Length > 0 ) throw new NotSupportedException("不支持构造索引器属性的委托。"); Type instanceType = typeof(GetterWrapper).MakeGenericType(propertyInfo.DeclaringType, propertyInfo.PropertyType); return (IGetValue)Activator.CreateInstance(instanceType, propertyInfo); } } public class GetterWrapper : IGetValue { private Func _getter; public GetterWrapper(PropertyInfo propertyInfo) { if( propertyInfo == null ) throw new ArgumentNullException("propertyInfo"); if( propertyInfo.CanRead == false ) throw new InvalidOperationException("属性不支持读操作。"); MethodInfo m = propertyInfo.GetGetMethod(true); _getter = (Func)Delegate.CreateDelegate(typeof(Func), null, m); } public TValue GetValue(TTarget target) { return _getter(target); } object IGetValue.Get(object target) { return _getter((TTarget)target); } } 前面的代码优化了实例属性的反射读写性能问题，但是还有极少数时候我们还需要处理静态属性，那么我们还需要再定义二个泛型类来解决： public class StaticGetterWrapper : IGetValue { private Func _getter; // ............ } public class StaticSetterWrapper : ISetValue { private Action _setter; // ............ } 前面看到的工厂方法也要调整，完整代码如下： public static ISetValue CreatePropertySetterWrapper(PropertyInfo propertyInfo) { if( propertyInfo == null ) throw new ArgumentNullException("propertyInfo"); if( propertyInfo.CanWrite == false ) throw new NotSupportedException("属性不支持写操作。"); MethodInfo mi = propertyInfo.GetSetMethod(true); if( mi.GetParameters().Length > 1 ) throw new NotSupportedException("不支持构造索引器属性的委托。"); if( mi.IsStatic ) { Type instanceType = typeof(StaticSetterWrapper<>).MakeGenericType(propertyInfo.PropertyType); return (ISetValue)Activator.CreateInstance(instanceType, propertyInfo); } else { Type instanceType = typeof(SetterWrapper).MakeGenericType(propertyInfo.DeclaringType, propertyInfo.PropertyType); return (ISetValue)Activator.CreateInstance(instanceType, propertyInfo); } } 回到顶部 委托方案的后续问题 前面的代码解决了属性的读写问题，然而使用它们还很不方便：每次都要创建一个ISetValue接口的实例，再调用它的方法。 其实这也是委托方案共有的问题：我们需要为每个属性的读写操作分别创建不同的委托，而且委托太零散了。 如何将属性与创建好的委托关联起来呢？（创建委托也是需要时间的） 我想所有人都会想到用字典来保存。 是的，好像也只有这一种方法了。 为了提高性能，我改进了工厂类，缓存了包含委托的实例， 为了方便使用前面的方法，我提供了一些扩展方法： public static class GetterSetterFactory { private static readonly Hashtable s_getterDict = Hashtable.Synchronized(new Hashtable(10240)); private static readonly Hashtable s_setterDict = Hashtable.Synchronized(new Hashtable(10240)); internal static IGetValue GetPropertyGetterWrapper(PropertyInfo propertyInfo) { IGetValue property = (IGetValue)s_getterDict[propertyInfo]; if( property == null ) { property = CreatePropertyGetterWrapper(propertyInfo); s_getterDict[propertyInfo] = property; } return property; } internal static ISetValue GetPropertySetterWrapper(PropertyInfo propertyInfo) { ISetValue property = (ISetValue)s_setterDict[propertyInfo]; if( property == null ) { property = CreatePropertySetterWrapper(propertyInfo); s_setterDict[propertyInfo] = property; } return property; } } public static class PropertyExtensions { public static object FastGetValue(this PropertyInfo propertyInfo, object obj) { if( propertyInfo == null ) throw new ArgumentNullException("propertyInfo"); return GetterSetterFactory.GetPropertyGetterWrapper(propertyInfo).Get(obj); } public static void FastSetValue(this PropertyInfo propertyInfo, object obj, object value) { if( propertyInfo == null ) throw new ArgumentNullException("propertyInfo"); GetterSetterFactory.GetPropertySetterWrapper(propertyInfo).Set(obj, value); } } 说明：我在缓存的设计上并没有使用泛型Dictionary，而是使用了Hashtable。 我承认在简单的单线程测试中，Dictionary要略快于Hashtable 。 再来测试一下FastSetValue的性能吧，毕竟大多数时候我会使用这个扩展方法。 我又在测试代码中增加了一段： propInfo.FastSetValue(testObj, 123); Console.Write("FastSet花费时间：　 "); Stopwatch watch6 = Stopwatch.StartNew(); for( int i = 0; i < count; i++ ) propInfo.FastSetValue(testObj, 123); watch6.Stop(); Console.WriteLine(watch6.Elapsed.ToString()); 测试结果如下： 测试结果表明：虽然通用接口ISetValue将反射性能优化了37倍，但是最终的FastSetValue将这个数字减少到还不到7倍（在CLR4中还不到5倍）。 看到这个结果您是否也比较郁闷：优化了几十倍的结果，最后却丢了大头，只得到一个零头！ 中间那30倍的时间是哪里消耗了？ 1. Hashtable的查找时间。 2. 代码的执行路径变长了。 代码的执行路径变长了，我想所有人应该都能接受：为了简化调用并配合缓存一起工作，代码的执行路径确实变长了。 Hashtable的查找时间应该很快吧？ 您是不是也这样想呢？ 为了看看Hashtable的查找时间，我又加了一点测试代码： Hashtable table = new Hashtable(); table[propInfo] = new object(); Console.Write("Hashtable花费时间： "); Stopwatch watch7 = Stopwatch.StartNew(); for( int i = 0; i < count; i++ ) { object val = table[propInfo]; } watch7.Stop(); Console.WriteLine(watch7.Elapsed.ToString()); 现在运行测试代码的结果如下： 确实，大部分时间消耗在Hashtable的查找上！ 回到顶部 缓存的线程并发问题 集合不仅仅只有查找开销，在多线程环境中，我们还要考虑并发性。 看到许多人做性能测试时，总是喜欢写个控制台程序，然后再来个for循环，执行多少万次！ 我认为 这样的结果只能反映代码在单线程环境下的性能，在多线程下，结果可能会有较大的差别， 当然了，多线程测试的确很复杂，也很难得到准确的数字。 但是我们的设计不能不考虑多线程下的并发问题。 虽然我也在单线程环境下测试过Dictionary的性能，的确要比Hashtable略好点。 但是MSDN上对Dictionary的线程安全的描述是这样的： 此类型的公共静态（在 Visual Basic 中为 Shared）成员是线程安全的。但不能保证任何实例成员是线程安全的。 只要不修改该集合，Dictionary)>) 就可以同时支持多个阅读器。即便如此，从头到尾对一个集合进行枚举本质上并不是一个线程安全的过程。当出现枚举与写访问互相争用这种极少发生的情况时，必须在整个枚举过程中锁定集合。若要允许多个线程访问集合以进行读写操作，则必须实现自己的同步。 而MSDN对Hashtable的线程安全的描述却是： Hashtable 是线程安全的，可由多个读取器线程和一个写入线程使用。多线程使用时，如果只有一个线程执行写入（更新）操作，则它是线程安全的，从而允许进行无锁定的读取（若编写器序列化为 Hashtable）。若要支持多个编写器，如果没有任何线程在读取 Hashtable 对象，则对 Hashtable 的所有操作都必须通过 Synchronized 方法返回的包装完成。 从头到尾对一个集合进行枚举本质上并不是一个线程安全的过程。即使一个集合已进行同步，其他线程仍可以修改该集合，这将导致枚举数引发异常。若要在枚举过程中保证线程安全，可以在整个枚举过程中锁定集合，或者捕捉由于其他线程进行的更改而引发的异常。 显然，二个集合都不能完全支持多线程的并发读写。 虽然Hashtable提供同步包装的线程安全版本，但是内部还是在使用锁来保证同步的！ 没办法，在多线程环境中，任何复杂数据结构都有线程安全问题。 如何保证集合在并发操作中数据的同步呢？ 是lock还是ReaderWriterLock？ 显然前者的实现较为简单，所以它成了绝大多数人的首选。 在.net4中，ConcurrentDictionary是另一个新的首选方法。 由于Dictionary只支持并发的读操作，所以只要涉及到写操作，它就不安全了， 因此最安全地做法也只好在 读和写 操作上都加lock，否则就不安全了。 而Hashtable则不同，它的内部数据结构支持一个线程写入的同时允许多个线程并发读取，所以只要在写操作上加lock就可以实现线程同步， Hashtable的线程安全版本也就是这样实现的。 这也是我选择Hashtable的原因。 回到顶部 小结 在这篇博客中，我演示了二种不同的反射优化方法： 1. 基于Emit的动态生成符合委托签名的IL代码。 2. 使用Delegate.CreateDelegate直接创建委托。 这是二种截然不同的思路： 1. Emit方法，需要先定义一个委托签名，然后生成符合委托签名的IL代码。 2. CreateDelegate可以直接生成委托，但需要借用泛型类解决委托的类型参数问题，最后为了能通用，需要以接口方式调用强类型委托。 虽然我们可以使用任何一种方法得到委托，但是我们需要操作多少属性呢？ 显然这是一个无解的问题，我们只能为每个属性创建不同的委托。所以新的问题也随之产生： 我们如何保存那些委托？如何让它们与属性关联起来？ Dictionary或者Hashtable或许是较好的选择(.net 3.5)，然而，这些对象内部的数据结构在查找时，并不是零成本， 它们会消耗优化的大部分成果。 另外，在实现缓存委托的问题上，并发问题也是值得我们考虑的，不高效的并发设计还会让优化的成果继续丢失！ 所以，我认为优化反射是个复杂问题，至少有3个环节是需要考虑的： 1. 如何得到委托？ 2. 如何缓存委托？ 3. 如何支持并发？ 得到委托是容易的，但它只是一个开始！ 回到顶部 招聘信息 公司需要若干名 .net 方面的高级开发人员，要求熟悉以下技术领域： 1. .net framework 2. ASP.NET 3. SQL SERVER （T-SQL, SP） 4. JavaScript, jQuery 5. CSS 6. 常见的设计模式。 说明： 1. 公司名称：明源软件 2. 工作地点：武汉。 3. 我只是负责【推荐】，具体细节请发邮件给我：liqifeng0503@163.com 4. 咨询招聘相关的疑问也请发邮件给我，评论中的疑问一律不回复！