用lambda表達式樹優化反射

来源:https://www.cnblogs.com/fode/archive/2018/12/07/10079630.html
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本節重點不講反射機制,而是講lambda表達式樹來替代反射中常用的獲取屬性和方法,來達到相同的效果但卻比反射高效。 每個人都知道,用反射調用一個方法或者對屬性執行SetValue和GetValue操作的時候都會比直接調用慢很多,這其中設計到CLR中內部的處理,不做深究。然而,我們在某些情況下又無法不 ...


本節重點不講反射機制,而是講lambda表達式樹來替代反射中常用的獲取屬性和方法,來達到相同的效果但卻比反射高效。

每個人都知道,用反射調用一個方法或者對屬性執行SetValue和GetValue操作的時候都會比直接調用慢很多,這其中設計到CLR中內部的處理,不做深究。然而,我們在某些情況下又無法不使用反射,比如:在一個ORM框架中,你要將一個DataRow轉化為一個對象,但你又不清楚該對象有什麼屬性,這時候你就需要寫一個通用的泛型方法來處理,以下代碼寫得有點噁心,但不妨礙理解意思:

 

     //將DataReader轉化為一個對象
     private
static T GetObj<T>(SqliteDataReader reader) where T : class { T obj = new T(); PropertyInfo[] pros = obj.GetType().GetProperties(); foreach (PropertyInfo item in pros) { try { Int32 Index = reader.GetOrdinal(item.Name); String result = reader.GetString(Index); if (typeof(String) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, result); continue; } if (typeof(DateTime) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToDateTime(result)); continue; } if (typeof(Boolean) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToBoolean(result)); continue; } if (typeof(Int32) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToInt32(result)); continue; } if (typeof(Single) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToSingle(result)); continue; } if (typeof(Single) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToSingle(result)); continue; } if (typeof(Double) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToDouble(result)); continue; } if (typeof(Decimal) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToDecimal(result)); continue; } if (typeof(Byte) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToByte(result)); continue; } } catch (ArgumentOutOfRangeException ex) { continue; } } return obj; }

 

  對於這種情況,其執行效率是特別低下的,具體多慢在下麵例子會在.Net Core平臺上和.Net Framework4.0運行測試案例.對於以上我舉例的情況,效率上我們還可以得到提升。但對於想在運行時修改一下屬性的名稱或其他操作,反射還是一項特別的神器,因此在某些情況下反射還是無法避免的。

但是對於只是簡單的SetValue或者GetValue,包括用反射構造函數,我們可以想一個中繼的方法,那就是使用表達式樹。對於不理解表達式樹的,可以到微軟文檔查看,點擊我。表達式樹很容易通過對象模型表示表達式,因此強烈建議學習。查看以下代碼:

        static void Main()
        {
            Dog dog = new Dog();
            PropertyInfo propertyInfo = dog.GetType().GetProperty(nameof(dog.Name));  //獲取對象Dog的屬性
            MethodInfo SetterMethodInfo = propertyInfo.GetSetMethod();  //獲取屬性Name的set方法

            ParameterExpression param = Expression.Parameter(typeof(Dog), "param");
            Expression GetPropertyValueExp = Expression.Lambda(Expression.Property(param, nameof(dog.Name)), param);
            Expression<Func<Dog, String>> GetPropertyValueLambda = (Expression<Func<Dog, String>>)GetPropertyValueExp;
            ParameterExpression paramo = Expression.Parameter(typeof(Dog), "param");
            ParameterExpression parami = Expression.Parameter(typeof(String), "newvalue");
            MethodCallExpression MethodCallSetterOfProperty = Expression.Call(paramo, SetterMethodInfo, parami);
            Expression SetPropertyValueExp = Expression.Lambda(MethodCallSetterOfProperty, paramo, parami);
            Expression<Action<Dog, String>> SetPropertyValueLambda = (Expression<Action<Dog, String>>)SetPropertyValueExp;

            //創建了屬性Name的Get方法表達式和Set方法表達式,當然只是最簡單的
            Func<Dog, String> Getter = GetPropertyValueLambda.Compile(); 
            Action<Dog, String> Setter = SetPropertyValueLambda.Compile();

            Setter?.Invoke(dog, "WLJ");  //我們現在對dog這個對象的Name屬性賦值
            String dogName = Getter?.Invoke(dog);  //獲取屬性Name的值
            
            Console.WriteLine(dogName);
            Console.ReadKey();
        }

        public class Dog
        {
            public String Name { get; set; }
        }

 

 以下代碼可能很難看得懂,但只要知道我們創建了屬性的Get、Set這兩個方法就行,其結果最後也能輸出狗的名字 WLJ,擁有ExpressionTree的好處是他有一個名為Compile()的方法,它創建一個代表表達式的代碼塊。現在是最有趣的部分,假設你在編譯時不知道類型(在這篇文章中包含的代碼我在不同的程式集上創建了一個類型)你仍然可以應用這種技術,我將對於常用的屬性的set,get操作進行分裝。

         /// <summary>
      /// 屬性類,仿造反射中的PropertyInfo
    /// </summary>
      public class Property
    {

        private readonly PropertyGetter getter;
        private readonly PropertySetter setter;
        public String Name { get; private set; }

        public PropertyInfo Info { get; private set; }

        public Property(PropertyInfo propertyInfo)
        {
            if (propertyInfo == null)
                throw new NullReferenceException("屬性不能為空");
            this.Name = propertyInfo.Name;
            this.Info = propertyInfo;
            if (this.Info.CanRead)
            {
                this.getter = new PropertyGetter(propertyInfo);
            }

            if (this.Info.CanWrite)
            {
                this.setter = new PropertySetter(propertyInfo);
            }
        }


        /// <summary>
           /// 獲取對象的值
        /// </summary>
          /// <param name="instance"></param>
          /// <returns></returns>
           public Object GetValue(Object instance)
        {
            return getter?.Invoke(instance);
        }


        /// <summary>
           /// 賦值操作
        /// </summary>
          /// <param name="instance"></param>
          /// <param name="value"></param>
           public void SetValue(Object instance, Object value)
        {
            this.setter?.Invoke(instance, value);
        }

        private static readonly ConcurrentDictionary<Type, Core.Reflection.Property[]> securityCache = new ConcurrentDictionary<Type, Property[]>();

        public static Core.Reflection.Property[] GetProperties(Type type)
        {
            return securityCache.GetOrAdd(type, t => t.GetProperties().Select(p => new Property(p)).ToArray());
        }

    }

     /// <summary>
      /// 屬性Get操作類
     /// </summary>
      public class PropertyGetter
     {
        private readonly Func<Object, Object> funcGet;

        public PropertyGetter(PropertyInfo propertyInfo) : this(propertyInfo?.DeclaringType, propertyInfo.Name)
        {

        }

        public PropertyGetter(Type declareType, String propertyName)
        {
            if (declareType == null)
            {
                throw new ArgumentNullException(nameof(declareType));
            }
            if (propertyName == null)
            {
                throw new ArgumentNullException(nameof(propertyName));
            }



            this.funcGet = CreateGetValueDeleagte(declareType, propertyName);
        }


        //代碼核心部分
            private static Func<Object, Object> CreateGetValueDeleagte(Type declareType, String propertyName)
        {
            // (object instance) => (object)((declaringType)instance).propertyName

                var param_instance = Expression.Parameter(typeof(Object));
            var body_objToType = Expression.Convert(param_instance, declareType);
            var body_getTypeProperty = Expression.Property(body_objToType, propertyName);
            var body_return = Expression.Convert(body_getTypeProperty, typeof(Object));
            return Expression.Lambda<Func<Object, Object>>(body_return, param_instance).Compile();
        }

        public  Object Invoke(Object instance)
        {
            return this.funcGet?.Invoke(instance);
        }
    }

 
public class PropertySetter { private readonly Action<Object, Object> setFunc; public PropertySetter(PropertyInfo property) { if (property == null) { throw new ArgumentNullException(nameof(property)); } this.setFunc = CreateSetValueDelagate(property); } private static Action<Object, Object> CreateSetValueDelagate(PropertyInfo property) { // (object instance, object value) => // ((instanceType)instance).Set_XXX((propertyType)value) //聲明方法需要的參數 var param_instance = Expression.Parameter(typeof(Object)); var param_value = Expression.Parameter(typeof(Object)); var body_instance = Expression.Convert(param_instance, property.DeclaringType); var body_value = Expression.Convert(param_value, property.PropertyType); var body_call = Expression.Call(body_instance, property.GetSetMethod(), body_value); return Expression.Lambda<Action<Object, Object>>(body_call, param_instance, param_value).Compile(); } public void Invoke(Object instance, Object value) { this.setFunc?.Invoke(instance, value); } }

在將代碼應用到實例:

            Dog dog = new Dog();
            PropertyInfo propertyInfo = dog.GetType().GetProperty(nameof(dog.Name));
            
            //反射操作
            propertyInfo.SetValue(dog, "WLJ");
            String result = propertyInfo.GetValue(dog) as String;
            Console.WriteLine(result);
            
            //表達式樹的操作
            Property property = new Property(propertyInfo);
            property.SetValue(dog, "WLJ2");
            String result2 = property.GetValue(dog) as String;
            Console.WriteLine(result2);        

發現其實現的目的與反射一致,但效率卻有明顯的提高。

以下測試以下他們兩之間的效率。測試代碼如下:

       Student student = new Student();
            PropertyInfo propertyInfo = student.GetType().GetProperty(nameof(student.Name));
            Property ExpProperty = new Property(propertyInfo);

            Int32 loopCount = 1000000;
            CodeTimer.Initialize();  //測試環境初始化

            //下麵該方法個執行1000000次

            CodeTimer.Time("基礎反射", loopCount, () => { 
                propertyInfo.SetValue(student, "Fode",null);
            });
            CodeTimer.Time("lambda表達式樹", loopCount, () => {
                ExpProperty.SetValue(student, "Fode");
            });
            CodeTimer.Time("直接賦值", loopCount, () => {
                student.Name = "Fode";
            });
            Console.ReadKey();

其.Net4.0環境下運行結果如下:

.Net Core環境下運行結果:

 

從以上結果可以知道,迭代同樣的次數反射需要183ms,而用表達式只要34ms,直接賦值需要7ms,在效率上,使用表達式這種方法有顯著的提高,您可以看到使用此技術可以完全避免使用反射時的性能損失。反射之所以效率有點低主要取決於其載入的時候時在運行期下,而表達式則在編譯期,下篇有空將會介紹用Emit技術優化反射,會比表達式略快一點。

註:對於常用對象的屬性,最好將其緩存起來,這樣效率會更高。

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