Java反射到底慢在哪？

 反射具体是怎么影响性能的？这引起了我的反思。是啊，在阐述某个观点时确实有必要说明原因，并且证明这个观点是对的，虽然反射影响性能人尽皆知，我曾经也真的研究过反射是否存在性能问题，但并没有在写文章的时候详细说明。这让我想到网上很多信息只会告诉你结论，并不会说明原因，导致很多学到的东西都是死记硬背，而不是真正掌握，别人一问或者自己亲身遇到同样的问题时，傻眼了。

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反射真的存在性能问题吗？

还是使用上篇文章的demo，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（Person、ICompany、ProgramMonkey这三个类已在之前的文章中贴出）：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class ReflectionPerformanceActivity extends Activity{ 
    2. 
  
  
  
  
  2.     private TextView mExecuteResultTxtView = null; 
    3. 
  
  
  
  
  3.     private EditText mExecuteCountEditTxt = null; 
    4. 
  
  
  
  
  4.     private Executor mPerformanceExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
    5. 
  
  
  
  
  5.     private static final int AVERAGE_COUNT = 10; 
    6. 
  
  
  
  
  6.     @Override 
    7. 
  
  
  
  
  7.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState){ 
    8. 
  
  
  
  
  8.         super.onCreate(savedInstanceState); 
    9. 
  
  
  
  
  9.         setContentView(R.layout.activity_reflection_performance_layout); 
    10. 
  
  
  
  
  10.         mExecuteResultTxtView = (TextView)findViewById(R.id.executeResultTxtId); 
    11. 
  
  
  
  
  11.         mExecuteCountEditTxt = (EditText)findViewById(R.id.executeCountEditTxtId); 
    12. 
  
  
  
  
  12.     } 
    13. 
  
  
  
  
  13.     public void onClick(View v){ 
    14. 
  
  
  
  
  14.         switch(v.getId()){ 
    15. 
  
  
  
  
  15.             case R.id.executeBtnId:{ 
    16. 
  
  
  
  
  16.                 execute(); 
    17. 
  
  
  
  
  17.             } 
    18. 
  
  
  
  
  18.             break; 
    19. 
  
  
  
  
  19.             default:{
    20. 
  
  
  
  
  20.             } 
    21. 
  
  
  
  
  21.             break; 
    22. 
  
  
  
  
  22.         } 
    23. 
  
  
  
  
  23.     } 
    24. 
  
  
  
  
  24.     private void execute(){ 
    25. 
  
  
  
  
  25.         mExecuteResultTxtView.setText(""); 
    26. 
  
  
  
  
  26.         mPerformanceExecutor.execute(new Runnable(){ 
    27. 
  
  
  
  
  27.             @Override 
    28. 
  
  
  
  
  28.             public void run(){ 
    29. 
  
  
  
  
  29.                 long costTime = 0; 
    30. 
  
  
  
  
  30.                 int executeCount = Integer.parseInt(mExecuteCountEditTxt.getText().toString()); 
    31. 
  
  
  
  
  31.                 long reflectMethodCostTime=0,normalMethodCostTime=0,reflectFieldCostTime=0,normalFieldCostTime=0; 
    32. 
  
  
  
  
  32.                 updateResultTextView(executeCount + "毫秒耗时情况测试"); 
    33. 
  
  
  
  
  33.                 for(int index = 0; index < AVERAGE_COUNT; index++){ 
    34. 
  
  
  
  
  34.                     updateResultTextView("第 " + (index+1) + " 次"); 
    35. 
  
  
  
  
  35.                     costTime = getNormalCallCostTime(executeCount); 
    36. 
  
  
  
  
  36.                     reflectMethodCostTime += costTime; 
    37. 
  
  
  
  
  37.                     updateResultTextView("执行直接调用方法耗时：" + costTime + " 毫秒"); 
    38. 
  
  
  
  
  38.                     costTime = getReflectCallMethodCostTime(executeCount); 
    39. 
  
  
  
  
  39.                     normalMethodCostTime += costTime; 
    40. 
  
  
  
  
  40.                     updateResultTextView("执行反射调用方法耗时：" + costTime + " 毫秒"); 
    41. 
  
  
  
  
  41.                     costTime = getNormalFieldCostTime(executeCount); 
    42. 
  
  
  
  
  42.                     reflectFieldCostTime += costTime; 
    43. 
  
  
  
  
  43.                     updateResultTextView("执行普通调用实例耗时：" + costTime + " 毫秒"); 
    44. 
  
  
  
  
  44.                     costTime = getReflectCallFieldCostTime(executeCount); 
    45. 
  
  
  
  
  45.                     normalFieldCostTime += costTime; 
    46. 
  
  
  
  
  46.                     updateResultTextView("执行反射调用实例耗时：" + costTime + " 毫秒"); 
    47. 
  
  
  
  
  47.                 } 
    48. 
  
  
  
  
  48.                 updateResultTextView("执行直接调用方法平均耗时：" + reflectMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒"); 
    49. 
  
  
  
  
  49.                 updateResultTextView("执行反射调用方法平均耗时：" + normalMethodCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒"); 
    50. 
  
  
  
  
  50.                 updateResultTextView("执行普通调用实例平均耗时：" + reflectFieldCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒"); 
    51. 
  
  
  
  
  51.                 updateResultTextView("执行反射调用实例平均耗时：" + normalFieldCostTime/AVERAGE_COUNT + " 毫秒"); 
    52. 
  
  
  
  
  52.             } 
    53. 
  
  
  
  
  53.         }); 
    54. 
  
  
  
  
  54.     } 
    55. 
  
  
  
  
  55.     private long getReflectCallMethodCostTime(int count){ 
    56. 
  
  
  
  
  56.         long startTime = System.currentTimeMillis(); 
    57. 
  
  
  
  
  57.         for(int index = 0 ; index < count; index++){ 
    58. 
  
  
  
  
  58.             ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12); 
    59. 
  
  
  
  
  59.             try{ 
    60. 
  
  
  
  
  60.                 Method setmLanguageMethod = programMonkey.getClass().getMethod("setmLanguage", String.class); 
    61. 
  
  
  
  
  61.                 setmLanguageMethod.setAccessible(true); 
    62. 
  
  
  
  
  62.                 setmLanguageMethod.invoke(programMonkey, "Java"); 
    63. 
  
  
  
  
  63.             }catch(IllegalAccessException e){ 
    64. 
  
  
  
  
  64.                 e.printStackTrace(); 
    65. 
  
  
  
  
  65.             }catch(InvocationTargetException e){ 
    66. 
  
  
  
  
  66.                 e.printStackTrace(); 
    67. 
  
  
  
  
  67.             }catch(NoSuchMethodException e){ 
    68. 
  
  
  
  
  68.                 e.printStackTrace(); 
    69. 
  
  
  
  
  69.             } 
    70. 
  
  
  
  
  70.         } 
    71. 
  
  
  
  
  71.         return System.currentTimeMillis()-startTime; 
    72. 
  
  
  
  
  72.     } 
    73. 
  
  
  
  
  73.     private long getReflectCallFieldCostTime(int count){ 
    74. 
  
  
  
  
  74.         long startTime = System.currentTimeMillis(); 
    75. 
  
  
  
  
  75.         for(int index = 0 ; index < count; index++){ 
    76. 
  
  
  
  
  76.             ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12); 
    77. 
  
  
  
  
  77.             try{ 
    78. 
  
  
  
  
  78.                 Field ageField = programMonkey.getClass().getDeclaredField("mLanguage"); 
    79. 
  
  
  
  
  79.                 ageField.set(programMonkey, "Java"); 
    80. 
  
  
  
  
  80.             }catch(NoSuchFieldException e){ 
    81. 
  
  
  
  
  81.                 e.printStackTrace(); 
    82. 
  
  
  
  
  82.             }catch(IllegalAccessException e){ 
    83. 
  
  
  
  
  83.                 e.printStackTrace(); 
    84. 
  
  
  
  
  84.             } 
    85. 
  
  
  
  
  85.         } 
    86. 
  
  
  
  
  86.         return System.currentTimeMillis()-startTime; 
    87. 
  
  
  
  
  87.     } 
    88. 
  
  
  
  
  88.     private long getNormalCallCostTime(int count){ 
    89. 
  
  
  
  
  89.         long startTime = System.currentTimeMillis(); 
    90. 
  
  
  
  
  90.         for(int index = 0 ; index < count; index++){ 
    91. 
  
  
  
  
  91.             ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12); 
    92. 
  
  
  
  
  92.             programMonkey.setmLanguage("Java"); 
    93. 
  
  
  
  
  93.         } 
    94. 
  
  
  
  
  94.         return System.currentTimeMillis()-startTime; 
    95. 
  
  
  
  
  95.     } 
    96. 
  
  
  
  
  96.     private long getNormalFieldCostTime(int count){ 
    97. 
  
  
  
  
  97.         long startTime = System.currentTimeMillis(); 
    98. 
  
  
  
  
  98.         for(int index = 0 ; index < count; index++){ 
    99. 
  
  
  
  
  99.             ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12); 
    100. 
  
  
  
  
  100.             programMonkey.mLanguage = "Java"; 
    101. 
  
  
  
  
  101.         } 
    102. 
  
  
  
  
  102.         return System.currentTimeMillis()-startTime; 
    103. 
  
  
  
  
  103.     } 
    104. 
  
  
  
  
  104.     private void updateResultTextView(final String content){ 
    105. 
  
  
  
  
  105.         ReflectionPerformanceActivity.this.runOnUiThread(new Runnable(){ 
    106. 
  
  
  
  
  106.             @Override 
    107. 
  
  
  
  
  107.             public void run(){ 
    108. 
  
  
  
  
  108.                 mExecuteResultTxtView.append(content); 
    109. 
  
  
  
  
  109.                 mExecuteResultTxtView.append("\n"); 
    110. 
  
  
  
  
  110.             } 
    111. 
  
  
  
  
  111.         }); 
    112. 
  
  
  
  
  112.     } 
    113. 
  
  
  
  
  113. }
    114.

测试结果如下：

反射性能测试结果

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；

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：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private long getReflectCallMethodCostTime(int count){ 
    2. 
  
  
  
  
  2.       long startTime = System.currentTimeMillis(); 
    3. 
  
  
  
  
  3.       ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12); 
    4. 
  
  
  
  
  4.       Method setmLanguageMethod = null; 
    5. 
  
  
  
  
  5.       try{
    6. 
  
  
  
  
  6.            setmLanguageMethod = programMonkey.getClass().getMethod("setmLanguage", String.class); 
    7. 
  
  
  
  
  7.           setmLanguageMethod.setAccessible(true); 
    8. 
  
  
  
  
  8.       }catch(NoSuchMethodException e){ 
    9. 
  
  
  
  
  9.           e.printStackTrace(); 
    10. 
  
  
  
  
  10.       } 
    11. 
  
  
  
  
  11.       for(int index = 0 ; index < count; index++){ 
    12. 
  
  
  
  
  12.           try{ 
    13. 
  
  
  
  
  13.               setmLanguageMethod.invoke(programMonkey, "Java"); 
    14. 
  
  
  
  
  14.           }catch(IllegalAccessException e){ 
    15. 
  
  
  
  
  15.               e.printStackTrace(); 
    16. 
  
  
  
  
  16.           }catch(InvocationTargetException e){ 
    17. 
  
  
  
  
  17.               e.printStackTrace(); 
    18. 
  
  
  
  
  18.           } 
    19. 
  
  
  
  
  19.       } 
    20. 
  
  
  
  
  20.       return System.currentTimeMillis()-startTime; 
    21. 
  
  
  
  
  21.   } 
    22. 
  
  
  
  
  22.   private long getReflectCallFieldCostTime(int count){ 
    23. 
  
  
  
  
  23.       long startTime = System.currentTimeMillis(); 
    24. 
  
  
  
  
  24.       ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12); 
    25. 
  
  
  
  
  25.       Field ageField = null; 
    26. 
  
  
  
  
  26.       try{ 
    27. 
  
  
  
  
  27.           ageField = programMonkey.getClass().getDeclaredField("mLanguage"); 
    28. 
  
  
  
  
  28.       }catch(NoSuchFieldException e){ 
    29. 
  
  
  
  
  29.           e.printStackTrace(); 
    30. 
  
  
  
  
  30.       } 
    31. 
  
  
  
  
  31.       for(int index = 0 ; index < count; index++){ 
    32. 
  
  
  
  
  32.           try{ 
    33. 
  
  
  
  
  33.               ageField.set(programMonkey, "Java"); 
    34. 
  
  
  
  
  34.           }catch(IllegalAccessException e){ 
    35. 
  
  
  
  
  35.               e.printStackTrace(); 
    36. 
  
  
  
  
  36.           } 
    37. 
  
  
  
  
  37.       } 
    38. 
  
  
  
  
  38.       return System.currentTimeMillis()-startTime; 
    39. 
  
  
  
  
  39.   }
    40.

沿用上面的测试方法，测试结果如下：

invoke和set

修改getReflectCallMethodCostTime和getReflectCallFieldCostTime方法的代码如下，对getMethod和getDeclaredField进行测试：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private long getReflectCallMethodCostTime(int count){ 
    2. 
  
  
  
  
  2.     long startTime = System.currentTimeMillis(); 
    3. 
  
  
  
  
  3.     ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12); 
    4. 
  
  
  
  
  4.     for(int index = 0 ; index < count; index++){ 
    5. 
  
  
  
  
  5.         try{ 
    6. 
  
  
  
  
  6.             Method setmLanguageMethod = programMonkey.getClass().getMethod("setmLanguage", String.class); 
    7. 
  
  
  
  
  7.         }catch(NoSuchMethodException e){ 
    8. 
  
  
  
  
  8.             e.printStackTrace(); 
    9. 
  
  
  
  
  9.         } 
    10. 
  
  
  
  
  10.     } 
    11. 
  
  
  
  
  11.     return System.currentTimeMillis()-startTime; 
    12. 
  
  
  
  
  12. } 
    13. 
  
  
  
  
  13. private long getReflectCallFieldCostTime(int count){ 
    14. 
  
  
  
  
  14.     long startTime = System.currentTimeMillis(); 
    15. 
  
  
  
  
  15.     ProgramMonkey programMonkey = new ProgramMonkey("小明", "男", 12); 
    16. 
  
  
  
  
  16.     for(int index = 0 ; index < count; index++){ 
    17. 
  
  
  
  
  17.         try{ 
    18. 
  
  
  
  
  18.             Field ageField = programMonkey.getClass().getDeclaredField("mLanguage"); 
    19. 
  
  
  
  
  19.         }catch(NoSuchFieldException e){ 
    20. 
  
  
  
  
  20.             e.printStackTrace(); 
    21. 
  
  
  
  
  21.         }
    22. 
  
  
  
  
  22.     } 
    23. 
  
  
  
  
  23.     return System.currentTimeMillis()-startTime;
    24. 
  
  
  
  
  24. }
    25.

沿用上面的测试方法，测试结果如下：

getMethod和getDeclaredField

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）。

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。

后记

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

分享题目：Java反射到底慢在哪？
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