java 反射慢有什么替代

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mob64ca14095513 2024-12-30 09:37:44

文章标签 java 反射慢有什么替代反射 java Test 字节码 文章分类 Java 后端开发

反射为什么慢

反射是什么

为啥慢
In the end

反射是什么

反射，这套API在java中属于过了入门的，大部分人都听说过、用过的除了典型api而言，实际应用的并不多，首先就我的了解（参考很多资料），说说反射能干什么。

反射运行正在运行的程序检测、甚至是修改程序的动态行为。这种描述一看，就觉得反射强，无敌；但是，它到底能干什么呢。

可以通过它访问Class类中的方法，甚至通过setAccessible方法、在该类之外访问该类的私有方法；IDE中，当你在一个类对象之后输入“.”之后，显示的方法、属性，也是通过该功能实现的；方法调试过程中，它能够枚举某一对象中所有的字段。

还有最重要的用途是，很多java开源框架，为了保证可扩展性，都是通过反射和配置文件来加载不同类，比如Spring等。

如果想要了解反射的API是啥样的，还是直接官网看，oracle tutorial reflect。其中提到了，很多人（包括官网）会觉得反射比较慢，那问题就来了，为啥慢

为啥慢

Method.invoke的源码如下：

public final class Method extends Executable {
...
public Object invoke(Object obj, Object... args) throws ... {
	... // 权限检查
	MethodAccessor ma = methodAccessor;
	if (ma == null) {
		ma = acquireMethodAccessor();
	}
	return ma.invoke(obj, args);
	}
}

public final class Method extends Executable {
...
public Object invoke(Object obj, Object... args) throws ... {
	... // 权限检查
	MethodAccessor ma = methodAccessor;
	if (ma == null) {
		ma = acquireMethodAccessor();
	}
	return ma.invoke(obj, args);
	}
}

其中的MethodAccessor 是一个接口，它有两个已有的具体实现：一个通过本地方法来实现反射调用，另一个则使用了委派模式。

每个Method实例第一次反射调用时，都会生成一个委派实现，通过该实现、传入参数，就能进入目标方法。

import java.lang.reflect.Method;

public class Test {
    public static void target(int i){
        new Exception("#"+i).printStackTrace();
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Class<?> kclass = Class.forName("Test");
        Method method = kclass.getMethod("target",int.class);
        method.invoke(null,0);
    }
}

输出如下:

java.lang.Exception: #0
	at Test.target(Test.java:5)
	at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
	at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
	at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
	at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
	at Test.main(Test.java:10)

上述通过异常信息，打印了堆栈信息，能看到其先进入委托（DelegatingMethodAccessorImpl），然后是本地实现（NativeMethodAccessorImpl），最后到达目标方法。中间多了一个委托，就是因为之前提到的反射的另一个实现：动态实现。

动态实现的执行效率比本地实现快很多，因其无需经过Java到C++再到Java的切换（换言之，本地实现快，从本地实现的NativeMethod就可以看出其为C++实现），没有经过这个过程，所以速度快很多。

//vm options:-verbose:class -Dsun.reflect.inflationThreshold=5
 public static void main(String[] args) throws Exception{
        Class<?> kclass = Class.forName("Test");
        Method method = kclass.getMethod("target",int.class);

        for (int i = 0; i < 17; i++) {
            method.invoke(null,i);
        }
    }

那为什么仅调用一次（或者少数几次的时候），没有使用动态实现方式呢？因为这种方式生成的字节码十分耗时，仅一次的话，反而是本地实现要快3到4倍。根据JVM一贯的风格，就会设置一个阈值（15，当然也是可以通过vm参数调整-Dsun.reflect.inflationThreshold=），到达这个设定值后，就会使用动态实现的实现，虚拟机会加载很多类，成为inflation过程（可通过-Dsun.reflect.noInflation=true关闭）。

所以反射的开销如下：

Class.forName，调用本地方法，耗时
Class.getMethod，遍历该类的共有方法，匹配不到，遍历父类共有方法，耗时，getMethod会返回得到结果的拷贝，应避免getMethods和getDeclardMethods方法，减少不必要堆空间消耗。
Method.invoke

method.invoke(null,128);

将invoke的参数改变时，查看其中字节码，发现多了新建Object数据和int类型装箱的指令。原因为：

Method.invoke是一个变长参数方法，字节码层面它的最后一个参数是object数组，所以编译器会在方法调用处生成一个数据，传入；
Object数组不能存储基本类型，所以会自动装箱

这两者都会带来性能开销，也会占用堆内存，加重gc负担。但是实际上述例子并不会触发gc，因为原本的反射调用被内联（别问我啥意思，因为我暂时也不知道），其创建的对象被虚拟机认为“不会逃逸”，此时会将其优化为栈上分配（非堆上分配），不会触发gc。

针对上诉实例中的优化，可以关闭inflation，直接采用动态实现方式进行反射；同时可以关闭方法的权限检查（private等）。针对动态装箱问题，虚拟机会缓存-128-127之间的Integer对象，更改实例中的128，或调整虚拟机环境的数值范围、或者手动缓存128都可以进行相应优化，提高反射性能。