用lambda表示式樹優化反射
阿新 • • 發佈：2018-12-07
本節重點不講反射機制，而是講lambda表示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，用反射呼叫一個方法或者對屬性執行SetValue和GetValue操作的時候都會比直接呼叫慢很多，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轉化為一個物件，但你又不清楚該物件有什麼屬性，這時候你就需要寫一個通用的泛型方法來處理，以下程式碼寫得有點噁心，但不妨礙理解意思:
//將DataReader轉化為一個物件
private staticT 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，具體多慢在下面例子會在.Net Core平臺上和.Net Framework4.0執行測試案例.對於以上我舉例的情況，效率上我們還可以得到提升。但對於想在執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，包括用反射建構函式，我們可以想一箇中繼的方法，那就是使用表示式樹。對於不理解表示式樹的，可以到微軟文件檢視，點選我。表示式樹很容易通過物件模型表示表示式，因此強烈建議學習。檢視以下程式碼：
static void Main() { Dog dog = new Dog(); PropertyInfo propertyInfo = dog.GetType().GetProperty(nameof(dog.Name)); //獲取物件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; //建立了屬性Name的Get方法表示式和Set方法表示式,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這個物件的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; } }
以下程式碼可能很難看得懂，但只要知道我們建立了屬性的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，它建立一個代表表示式的程式碼塊。現在是最有趣的部分，假設你在編譯時不知道型別（在這篇文章中包含的程式碼我在不同的程式集上建立了一個型別）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>
/// 獲取物件的值
/// </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);
}
//程式碼核心部分
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)
//宣告方法需要的引數
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);
}
}
在將程式碼應用到例項：
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); //表示式樹的操作 Property property = new Property(propertyInfo); property.SetValue(dog, "WLJ2"); String result2 = propertyInfo.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。測試程式碼如下：
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 //下面該方法個執行1000000次 CodeTimer.Time("基礎反射", loopCount, () => { propertyInfo.SetValue(student, "Fode",null); }); CodeTimer.Time("lambda表示式樹", loopCount, () => { ExpProperty.SetValue(student, "Fode"); }); CodeTimer.Time("直接賦值", loopCount, () => { student.Name = "Fode"; }); Console.ReadKey();
其.Net4.0環境下執行結果如下：
.Net Core環境下執行結果：
從以上結果可以知道，迭代同樣的次數反射需要183ms，而用表示式只要34ms，直接賦值需要7ms，在效率上，使用表示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效能損失。反射之所以效率有點低主要取決於其載入的時候時在執行期下，而表示式則在編譯期，下篇有空將會介紹用Emit技術優化反射，會比表示式略快一點。
注：對於常用物件的屬性，最好將其快取起來，這樣效率會更高。。