我的反射测试结果居然与别人不一样

Coder昊白

发布于 2023-11-22 09:59:13

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发布于 2023-11-22 09:59:13

文章被收录于专栏：Android菜鸟成长记录

前言

之前和群友吹水突然聊到反射，说起第一反应是耗时，但为啥耗时，大脑空空说不上来，为了防止下次面试有人问赶紧测试记录一下，没想到测试结果出人意料。

什么是反射？

反射是一种编程技术，它允许在运行时获取和操作一个程序的元数据（例如类、字段、方法、构造函数等），以及在运行时动态地创建对象、调用方法和访问成员。

反射是Java独有的特性吗？

除了Java，许多编程语言也支持类似的反射或元编程特性，允许在运行时获取和操作程序的元数据。以下是一些支持反射或类似特性的编程语言：

Python：Python是一种动态语言，它具有强大的反射和元编程功能。通过使用内置的getattr、setattr、hasattr等函数，开发人员可以在运行时操作对象的属性和方法。
C#：C#是.NET框架的一部分，它也支持反射。通过使用System.Reflection命名空间，开发人员可以获取和操作程序集、类型、成员等信息。
Ruby：Ruby是一种动态语言，具有开放的类结构，允许开发人员在运行时修改类和对象的行为。它提供了Object#send和Object#define_method等方法来实现反射和元编程。
JavaScript：虽然JavaScript是一种解释性语言，但它也具有一些反射特性。开发人员可以通过Object对象的方法来获取和修改对象的属性和方法。
PHP：PHP是一种常用于Web开发的脚本语言，它提供了Reflection扩展来支持反射功能，可以在运行时检查和操作类、方法、属性等信息。
Kotlin：Kotlin是一种在Java虚拟机上运行的现代编程语言，它也支持类似于Java的反射功能。通过使用KClass和KFunction等类型，开发人员可以在运行时获取和调用类的信息。

反射的前提条件

使用反射的前提是目标编程语言必须支持反射机制。反射是一种高级特性，它允许在运行时动态地获取、检查和操作程序的元数据，如类、方法、字段等信息。在使用反射时，需要满足以下前提条件：

编程语言支持反射： 首先，目标编程语言必须具有反射机制或提供相应的库和API，以便在运行时操作程序的结构和元数据。
目标元素的可访问性： 反射允许访问程序的私有成员和方法，但需要注意的是，访问私有成员可能违背了封装原则。在使用反射操作私有成员时，需要注意代码的安全性和设计。
运行时信息： 反射需要在运行时访问和操作元数据，因此需要有一个正在运行的程序实例。如果是静态上下文（如在程序未运行时），则无法使用反射。
性能和开销： 反射是一种强大的功能，但在使用时需要注意性能问题。反射操作通常比直接调用更消耗资源，可能会影响程序的性能。因此，在使用反射时应权衡性能和灵活性。
对编程语言的了解： 使用反射需要对编程语言的语法、类型系统和元数据有一定的了解。开发人员需要熟悉如何使用反射库或API来获取所需的信息。

反射耗时在哪里

反射需要获取类的所有方法，得到一个Method数组，包含着每个方法的参数，返回值类型，权限等信息；
需要遍历Method数组，得到我们需要调用的那个方法，返回其拷贝，接下来我们调用其他拷贝；
通过invoke来调用拷贝的方法，在调用之前，我们要检查是否有权限执行该方法；
调用方法需要对参数进行解封，因为invoke的参数类型是Object，需要将其解封为实际的参数类型；
反射需要动态加载，因而无法对其进行及时**（JIT）**优化；反射的效率损失主要集中在以上几个方面；

测试反射耗时实战

写一个简单的反射案例和正常调用分别跑1000次看他们的区别

public static void normalExecution(int count) {
long startTime = System.currentTimeMillis();

for (int i = 0; i < count; i++) {
    MyClass instance = new MyClass();
    instance.setValue(i);
    instance.doSomething();
}

long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("正常执行循环" + count + "次耗时：" + (endTime - startTime) + "毫秒");
}

public static void reflectionExecutionMethod(int count) {
long startTime = System.currentTimeMillis();

try {
    Class<MyClass> clazz = MyClass.class;
    Method doSomethingMethod = clazz.getMethod("doSomething");

    for (int i = 0; i < count; i++) {
        MyClass instance = clazz.newInstance();
        doSomethingMethod.invoke(instance);
    }
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用反射执行 getMethod 循环" + count + "次耗时：" + (endTime - startTime) + "毫秒");
}

public static void reflectionExecutionDeclaredField(int count) {
long startTime = System.currentTimeMillis();

try {
    Class<MyClass> clazz = MyClass.class;
    Field valueField = clazz.getDeclaredField("value");
    valueField.setAccessible(true);

    for (int i = 0; i < count; i++) {
        MyClass instance = clazz.newInstance();
        valueField.set(instance, i);
    }
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用反射 getDeclaredField 执行循环" + count + "次耗时：" + (endTime - startTime) + "毫秒");

}

static class MyClass {
    private int value;

    public void doSomething() {
    }

    public void setValue(int value) {
        this.value = value;
    }
}

这块代码我分别在编译器和Android虚拟机执行，Android虚拟机**(Pixel 4 XL API 29)** 循环1000次的结果编译器:getDeclaredField比getMethod快

Android虚拟机:getDeclaredField比getMethod快

循环100000次编译器:getDeclaredField比getMethod快

Android虚拟机:getMethod比getDeclaredField快

循环1000000次，编译器:getMethod比getDeclaredField快

Android虚拟:getDeclaredField比getMethod快

当我第一次看到这个结果的时候也是十分不解，连续点了半个小时下来发现结果依然不同，这时我突然想到是不是编译器的JVM与Android虚拟机的JVM不一样导致的，赶紧查了下资料。

不同的JVM

编译器的JVM（Java Virtual Machine）和Android虚拟机的JVM是两种不同的虚拟机，用于执行Java代码。它们在功能、设计和用途上有一些区别，以下是它们的比较： 编译器的JVM：

用途： 编译器的JVM是通常用于在桌面和服务器环境中运行标准的Java应用程序的虚拟机。它执行标准的Java字节码。
平台： 编译器的JVM主要用于支持标准的**Java SE（Java Standard Edition）**应用程序，可以在不同的操作系统上运行。
功能： 提供了标准的Java SE API和功能，包括图形界面、网络通信、多线程等。
JIT编译： 编译器的JVM通常会使用即时编译**（JIT）**技术，在运行时将字节码编译为本机机器码，以提高执行性能。

Android虚拟机的JVM：

用途： Android虚拟机的JVM用于在Android操作系统上运行Android应用程序，它执行的是**Android DEX（Dalvik Executable）字节码，后来转变为ART（Android Runtime）**字节码。
平台： Android虚拟机的JVM是为移动设备和嵌入式系统设计的，主要用于支持Android应用程序。
功能： 提供了Android应用程序所需的功能，如UI渲染、手机硬件访问、移动网络通信等，同时也支持标准的Java核心API。
运行方式： 在较早的版本中，使用Dalvik虚拟机来解释DEX字节码，而后来的版本中，转为使用ART虚拟机，通过预先编译和优化方式提高执行性能。

个人猜想的JVM性能之差

字节码解释和JIT编译： 在不同的JVM环境下，字节码的解释和JIT编译可能有所不同。在某些情况下，JIT编译器可能会对频繁调用的方法进行优化，使得getMethod在某些情况下执行更快。而getDeclaredField涉及到访问私有字段并且需要额外的访问权限，可能在某些情况下执行较慢。 优化策略： 不同的JVM可能有不同的优化策略，例如内联、方法内联等，这些优化策略会影响方法的执行性能。 类加载和初始化： 在不同的环境下，类的加载和初始化顺序可能不同，这可能会影响方法调用和字段访问的性能。 运行时环境： 不同的JVM运行在不同的硬件和操作系统上，硬件和操作系统的差异也会影响性能表现。