用lambda表示式樹優化反射

Lambda · 發表 2018-12-07 01:35:00

摘要：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...

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 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， ofollow,noindex" target="_blank">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();
}

publicObject 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。。

程式碼下載

用lambda表示式樹優化反射

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