Java优质文章补充

Author: Tyson0314

docs/java/basic/reflect-affect-permance.md

@@ -0,0 +1,267 @@
+今天来聊聊反射的性能问题。反射具体是怎么影响性能的？
+
+# 01 反射真的存在性能问题吗？
+
+为了放大问题，找到共性，采用逐渐扩大测试次数、每次测试多次取平均值的方式，针对同一个方法分别就直接调用该方法、反射调用该方法、直接调用该方法对应的实例、反射调用该方法对应的实例分别从 1-1000000，每隔一个数量级测试一次：
+
+测试代码如下：
+
+```java
+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 + "毫秒耗时情况测试");
+                for(int index = 0; index < AVERAGE_COUNT; index++){
+                    updateResultTextView("第 " + (index+1) + " 次");
+                    costTime = getNormalCallCostTime(executeCount);
+                    reflectMethodCostTime += costTime;
+                    updateResultTextView("执行直接调用方法耗时：" + costTime + " 毫秒");
+                    costTime = getReflectCallMethodCostTime(executeCount);
+                    normalMethodCostTime += costTime;
+                    updateResultTextView("执行反射调用方法耗时：" + costTime + " 毫秒");
+                    costTime = getNormalFieldCostTime(executeCount);
+                    reflectFieldCostTime += costTime;
+                    updateResultTextView("执行普通调用实例耗时：" + costTime + " 毫秒");
+                    costTime = getReflectCallFieldCostTime(executeCount);
+                    normalFieldCostTime += costTime;
+                    updateResultTextView("执行反射调用实例耗时：" + costTime + " 毫秒");
+                }
+
+                updateResultTextView("执行直接调用方法平均耗时：" + reflectMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");
+                updateResultTextView("执行反射调用方法平均耗时：" + normalMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");
+                updateResultTextView("执行普通调用实例平均耗时：" + reflectFieldCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒");
+                updateResultTextView("执行反射调用实例平均耗时：" + 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");
+            }
+        });
+    }
+}
+```
+
+测试结果如下：
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/反射影响性能1.png)
+
+测试结论：
+
+**反射的确会导致性能问题。反射导致的性能问题是否严重跟使用的次数有关系，如果控制在100次以内，基本上没什么差别，如果调用次数超过了100次，性能差异会很明显。**
+
+四种访问方式，直接访问实例的方式效率最高；其次是直接调用方法的方式，耗时约为直接调用实例的 1.4 倍；接着是通过反射访问实例的方式，耗时约为直接访问实例的 3.75 倍；最慢的是通过反射访问方法的方式，耗时约为直接访问实例的 6.2 倍。
+
+# 02 反射到底慢在哪？
+
+跟踪源码可以发现，四个方法中都存在实例化`ProgramMonkey`的代码，所以可以排除是这句话导致的不同调用方式产生的性能差异；通过反射调用方法中调用了`setAccessible`方法，但该方法纯粹只是设置属性值，不会产生明显的性能差异；所以最有可能产生性能差异的只有`getMethod和getDeclaredField、invoke`和`set`方法了，下面分别就这两组方法进行测试，找到具体慢在哪？
+
+首先测试`invoke`和`set`方法，修改`getReflectCallMethodCostTime`和`getReflectCallFieldCostTime`方法的代码如下：
+
+```java
+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;
+}
+```
+
+沿用上面的测试方法，测试结果如下：
+
+![](C:\Users\Tyson\Desktop\img\0103\反射影响性能2.png)
+
+修改`getReflectCallMethodCostTime`和`getReflectCallFieldCostTime`方法的代码如下，对`getMethod`和`getDeclaredField`进行测试：
+
+```java
+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;
+}
+```
+
+沿用上面的测试方法，测试结果如下：
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/反射影响性能3.png)
+
+测试结论：
+
+- `getMethod`和`getDeclaredField`方法会比`invoke`和`set`方法耗时；
+- 随着测试数量级越大，性能差异的比例越趋于稳定；
+
+由于测试的这四个方法最终调用的都是`native`方法，无法进一步跟踪。个人猜测应该是和在程序运行时操作`class`有关。
+
+比如需要判断是否安全？是否允许这样操作？入参是否正确？是否能够在虚拟机中找到需要反射的类？主要是这一系列判断条件导致了反射耗时；也有可能是因为调用`natvie`方法，需要使用`JNI`接口，导致了性能问题（参照`Log.java、System.out.println`，都是调用`native`方法，重复调用多次耗时很明显）。
+
+# 03 如果避免反射导致的性能问题？
+
+通过上面的测试可以看出，过多地使用反射，的确会存在性能问题，但如果使用得当，所谓反射导致性能问题也就不是问题了，关于反射对性能的影响，参照下面的使用原则，并不会有什么明显的问题：
+
+- 不要过于频繁地使用反射，大量地使用反射会带来性能问题；
+- 通过反射直接访问实例会比访问方法快很多，所以应该优先采用访问实例的方式。
+
+# 04 总结
+
+上面的测试并不全面，但在一定程度上能够反映出反射的确会导致性能问题，也能够大概知道是哪个地方导致的问题。如果后面有必要进一步测试，我会从下面几个方面作进一步测试：
+
+- 测试频繁调用`native`方法是否会有明显的性能问题；
+- 测试同一个方法内，过多的条件判断是否会有明显的性能问题；
+- 测试类的复杂程度是否会对反射的性能有明显影响。
+