.NET/C# 反射的的性能数据，以及高性能开发建议（反射获取 Attribute 和反射调用方法）

大家都说反射耗性能，但是到底有多耗性能，哪些反射方法更耗性能；这些问题却没有统一的描述。

本文将用数据说明反射各个方法和替代方法的性能差异，并提供一些反射代码的编写建议。为了解决反射的性能问题，你可以遵循本文采用的各种方案。

反射各方法的性能数据

我使用 BenchmarkDotNet 基准性能测试来评估反射各个方法的性能。测试的程序基于 .NET Core 2.1 开发。

先直观地贴出我的运行结果：

▲ 各反射不同方法的运行基准测试结果

我把上面的表格复制下来成为文字，这样你也可以拿走我的这部分数据：

如果你希望了解以上每一项的意思，可以通过阅读本文文末的代码来了解其实现。基本上名称就代表着反射调用相同的方法。

你一定会说这张表不容易看出性能差距。那么我一定会放图：

那个 Expression_New 在图中独树一帜，远远把其他方法甩在了后面。那是个什么方法？

那是在使用 Expression 表达式创建一个类型的新实例：

var @new = Expression.New(typeof(ReflectionTarget));
var lambda = Expression.Lambda<Func<ReflectionTarget>>(@new).Compile();
var instance = lambda.Invoke();

也就是说，如果你只是希望创建一个类型的新实例，就不要考虑使用 Expression.New 的方式了。除非此方法将执行非常多次，而你把那个 lambda 表达式缓存下来了。这对应着图表中的 CachedExpression_New。

其他的现在都看不出来性能差异，于是我们把耗时最长的 Expression_New 一项去掉：

我们立刻可以从图中得到第二梯队的性能巨头 —— 就是 CustomAttributes 系列。我使用了多种不同的 CustomAttribute 获取方法，得到的结果差异不大，都“比较耗时”。不过在这些耗时的方法里面找到不那么耗时的，就是 Type 的扩展方法系列 GetCustomAttribute 了，比原生非扩展方法的性能稍好。

不过其他的性能差异又被淹没了。于是我们把 CustomAttributes 系列也删掉：

于是我们又得到了第三梯队的性能大头 —— Activator.CreateInstance 系列。而是否调用泛型方法的耗时差异不大。

然后，我们把 Activator.CreateInstance 也干掉，可以得到剩下其他的性能消耗。

也就是说，只是获取 Type 中的一些属性，例如 Assembly 和 Attributes 也是比较“耗时”的；当然，这是纳秒级别，你可以将它忽略。

要不要试试把第四梯队的也干掉呢？于是你可以得到 new 和 Lambda 的差异：

原本在上面所有图中看起来都没有时间的 new 和 Lambda 竟然差异如此巨大；不过，这都是千分之一纳秒级别了；如果你创建的类数量不是百万级别以上，你还真的可以忽略。

而 new 指的是 new Foo()，Lambda 指的是 var func = () => new Foo(); func();。

对于 GetCustomAttribute，还有另一个方法值得注意：IsDefined；可以用来判断是否定义了某个特定的 Attribute。

var isDefined = _targetType.IsDefined(typeof(ReflectionTargetAttribute), false);
if (isDefined)
{
    var attribute = _targetType.GetCustomAttribute<ReflectionTargetAttribute>();
}

而这个方法与 GetCustomAttribute 的性能差距也有些大：

咋看之下似乎与 GetCustomAttribute 方法重复，而且如果先判断再获取，可能总时间更长。不过这种方法就是适用于一次性对大量类型进行判断，如果只有少量类型定义了某种 Attribute，那么提前使用 IsDefined 判断可以获得总体更加的性能。

反射的高性能开发建议

创建类型的实例

如果你能访问到类型：

• 建议直接使用 new，性能最好。
• 如果不希望直接 new 出来，可以考虑使用 Func 或者 Lazy 创建。这时会多消耗一些性能，不过基数小，增量不大。

如果你不能访问到类型：

• 如果只能从 Type 创建，则使用 Activator.CreateInstance 系列。
• 如果你使用其他方式创建，请一定使用缓存。

除了使用 Expression 创建，你还可以使用 Emit 创建，不过这也要求能够访问到类型：

• 使用 Emit 生成 IL 代码 - 吕毅

对于缓存，可以参考：

• .NET Core/Framework 创建委托以大幅度提高反射调用的性能 - 吕毅
• .NET/C# 推荐一个我设计的缓存类型（适合缓存反射等耗性能的操作，附用法） - 吕毅

对于创建对象更多的性能数据，可以参考：

• C# 直接创建多个类和使用反射创建类的性能 - 林德熙
• C# 性能分析 反射 VS 配置文件 VS 预编译 - 林德熙

反射获取 Attribute

获取 Attribute 也是耗时的操作。

• 如果你只是获取极少数类型的 Attribute，建议直接调用 GetCustomAttribute 扩展方法。
• 如果你需要判断大量类型的 Attribute，建议先使用 IsDefined 判断是否存在，如果存在才使用 GetCustomAttribute 方法获取真实实例。

反射调用公共 / 私有方法

反射调用方法与构造方法几乎是一样的，不同之处就在于公共方法可以创建出委托缓存，而私有方法却不行。

有了委托缓存，你只有第一次才需要真的调用反射，后续可以使用缓存的委托或 Lambda 表达式；而私有方法是无法创建的，你每次都需要通过反射来调用相关方法。

关于私有方法的反射：

• C# 使用反射获取私有属性的方法
• C# 反射调用私有事件

关于缓存：

• .NET Core/Framework 创建委托以大幅度提高反射调用的性能 - 吕毅
• .NET/C# 推荐一个我设计的缓存类型（适合缓存反射等耗性能的操作，附用法） - 吕毅

使用预编译框架

使用预编译框架，你可以在编译期间将那些耗时的反射操作编译成类似 new 和属性 get 这样的简单 CLR 调用，性能差距近乎于最开始图表中第二张图和第五张图那样，具有数千倍的差距。

• 课程 预编译框架，开发高性能应用 - 微软技术暨生态大会 2018 - walterlv
• dotnet-campus/SourceFusion: SourceFusion is a pre-compile framework based on Roslyn. It helps you to build high-performance .NET code.

附本文性能测试所用的代码

本文性能测试使用 BenchmarkDotNet，在 Main 函数中调用以下代码跑起来：

BenchmarkRunner.Run<Reflections>();

你可以阅读 C# 标准性能测试 - 林德熙 了解基准性能测试的基本用法，在 C# 标准性能测试高级用法 - 林德熙 中了解到更多基准测试方法的使用。

所有反射相关方法

using BenchmarkDotNet.Attributes;
using System;
using System.Linq;
using System.Linq.Expressions;
using System.Reflection;

namespace Walterlv.Demo.Reflection
{
    public class Reflections
    {
        private static readonly Type _targetType = typeof(ReflectionTarget);
        private static Func<ReflectionTarget> _cachedExpressionFunc;

        private static Func<ReflectionTarget> CachedExpressionFunc
        {
            get
            {
                if (_cachedExpressionFunc == null)
                {
                    var @new = Expression.New(typeof(ReflectionTarget));
                    var lambda = Expression.Lambda<Func<ReflectionTarget>>(@new).Compile();
                    _cachedExpressionFunc = lambda;
                }

                return _cachedExpressionFunc;
            }
        }

        [Benchmark]
        public void Assembly()
        {
            var assembly = _targetType.Assembly;
        }

        [Benchmark]
        public void Attributes()
        {
            var attributes = _targetType.Attributes;
        }

        [Benchmark]
        public void CustomAttributes()
        {
            var attribute = _targetType.CustomAttributes.FirstOrDefault(
                x => x.AttributeType == typeof(ReflectionTargetAttribute));
        }

        [Benchmark]
        public void GetCustomAttributesData()
        {
            var attribute = _targetType.GetCustomAttributesData().FirstOrDefault(
                x => x.AttributeType == typeof(ReflectionTargetAttribute));
        }

        [Benchmark]
        public void GetCustomAttributes()
        {
            var attribute = _targetType.GetCustomAttributes(typeof(ReflectionTargetAttribute), false).FirstOrDefault();
        }

        [Benchmark]
        public void GetCustomAttribute()
        {
            var attribute = _targetType.GetCustomAttribute(typeof(ReflectionTargetAttribute), false);
        }

        [Benchmark]
        public void GetCustomAttribute_Generic()
        {
            var attribute = _targetType.GetCustomAttribute<ReflectionTargetAttribute>(false);
        }

        [Benchmark]
        public void GetCustomAttributes_Generic()
        {
            var attribute = _targetType.GetCustomAttributes<ReflectionTargetAttribute>(false);
        }

        [Benchmark]
        public void New()
        {
            var instance = new ReflectionTarget();
        }

        [Benchmark]
        public void Lambda()
        {
            var instance = new ReflectionTarget();
        }

        [Benchmark]
        public void Activator_CreateInstance()
        {
            var instance = (ReflectionTarget) Activator.CreateInstance(_targetType);
        }

        [Benchmark]
        public void Activator_CreateInstance_Generic()
        {
            var instance = Activator.CreateInstance<ReflectionTarget>();
        }

        [Benchmark]
        public void Expression_New()
        {
            var @new = Expression.New(typeof(ReflectionTarget));
            var lambda = Expression.Lambda<Func<ReflectionTarget>>(@new).Compile();
            var instance = lambda.Invoke();
        }

        [Benchmark]
        public void CachedExpression_New()
        {
            var instance = CachedExpressionFunc.Invoke();
        }
    }
}

IsDefined 和 GetCustomAttribute 的专项比较

using System;
using System.Reflection;
using BenchmarkDotNet.Attributes;

namespace Walterlv.Demo.Reflection
{
    public class IsDefinedVsGetCustomAttribute
    {
        private static readonly Type _targetType = typeof(ReflectionTarget);

        [Benchmark(Baseline = true)]
        public void IsDefined()
        {
            var isDefined = _targetType.IsDefined(typeof(ReflectionTargetAttribute), false);
        }

        [Benchmark]
        public void GetCustomAttribute()
        {
            var attribute = _targetType.GetCustomAttribute(typeof(ReflectionTargetAttribute), false);
        }

        [Benchmark]
        public void GetGenericCustomAttribute()
        {
            var attribute = _targetType.GetCustomAttribute<ReflectionTargetAttribute>(false);
        }
    }
}

参考资料

• c# - Is there a benefit of using IsDefined over GetCustomAttributes - Stack Overflow
• Accessing Attributes by Using Reflection (C#) - Microsoft Docs
• win10 uwp 反射
• Reference Source
• A Super-Fast C# Extension Method using Expression Trees to Create an instance from a Type
• Retrieving Custom Attributes Using Reflection - Scott Dorman
• Showtime - BenchmarkDotNet
• Choosing RunStrategy - BenchmarkDotNet

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