用lambda表达式树替代反射

本节重点不讲反射机制,而是讲lambda表达式树来替代反射中常用的获取属性和方法,来达到相同的效果但却比反射高效。

每个人都知道,用反射调用一个方法或者对属性执行SetValue和GetValue操作的时候都会比直接调用慢很多,这其中设计到CLR中内部的处理,不做深究。然而,我们在某些情况下又无法不使用反射,比如:在一个ORM框架中,你要将一个DataRow转化为一个对象,但你又不清楚该对象有什么属性,这时候你就需要写一个通用的泛型方法来处理,以下代码写得有点恶心,但不妨碍理解意思:

 

     //将DataReader转化为一个对象
     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; }

 

  对于这种情况,其执行效率是特别低下的,具体多慢在下面例子会在.Net Core平台上和.Net Framework4.0运行测试案例.对于以上我举例的情况,效率上我们还可以得到提升。但对于想在运行时修改一下属性的名称或其他操作,反射还是一项特别的神器,因此在某些情况下反射还是无法避免的。

但是对于只是简单的SetValue或者GetValue,包括用反射构造函数,我们可以想一个中继的方法,那就是使用表达式树。对于不理解表达式树的,可以到微软文档查看,点击我。表达式树很容易通过对象模型表示表达式,因此强烈建议学习。查看以下代码:

        static void Main()
        {
            Dog dog = new Dog();
            PropertyInfo propertyInfo = dog.GetType().GetProperty(nameof(dog.Name));  //获取对象Dog的属性
            MethodInfo SetterMethodInfo = propertyInfo.GetSetMethod();  //获取属性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;

            //创建了属性Name的Get方法表达式和Set方法表达式,当然只是最简单的
            Func<Dog, String> Getter = GetPropertyValueLambda.Compile(); 
            Action<Dog, String> Setter = SetPropertyValueLambda.Compile();

            Setter?.Invoke(dog, "WLJ");  //我们现在对dog这个对象的Name属性赋值
            String dogName = Getter?.Invoke(dog);  //获取属性Name的值
            
            Console.WriteLine(dogName);
            Console.ReadKey();
        }

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

 

 以上代码可能很难看得懂,但只要知道我们创建了属性的Get、Set这两个方法就行,其结果最后也能输出狗的名字 WLJ,拥有ExpressionTree的好处是他有一个名为Compile()的方法,它创建一个代表表达式的代码块。现在是最有趣的部分,假设你在编译时不知道类型(在这篇文章中包含的代码我在不同的程序集上创建了一个类型)你仍然可以应用这种技术,我将对于常用的属性的set,get操作进行分装。

         /// <summary>
      /// 属性类,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("属性不能为空");
            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>
           /// 获取对象的值
        /// </summary>
          /// <param name="instance"></param>
          /// <returns></returns>
           public Object GetValue(Object instance)
        {
            return getter?.Invoke(instance);
        }


        /// <summary>
           /// 赋值操作
        /// </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>
      /// 属性Get操作类
     /// </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);
        }


        //代码核心部分
            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) //声明方法需要的参数 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); } }

在将代码应用到实例:

            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);
            
            //表达式树的操作
            Property property = new Property(propertyInfo);
            property.SetValue(dog, "WLJ2");
            String result2 = property.GetValue(dog) as String;
            Console.WriteLine(result2);        

发现其实现的目的与反射一致,但效率却有明显的提高。

以下测试以下他们两之间的效率。测试代码如下:

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

            Int32 loopCount = 1000000;
            CodeTimer.Initialize();  //测试环境初始化

            //下面该方法个执行1000000次

            CodeTimer.Time("基础反射", loopCount, () => { 
                propertyInfo.SetValue(student, "Fode",null);
            });
            CodeTimer.Time("lambda表达式树", loopCount, () => {
                ExpProperty.SetValue(student, "Fode");
            });
            CodeTimer.Time("直接赋值", loopCount, () => {
                student.Name = "Fode";
            });
            Console.ReadKey();

其.Net4.0环境下运行结果如下:

.Net Core环境下运行结果:

 

从以上结果可以知道,迭代同样的次数反射需要183ms,而用表达式只要34ms,直接赋值需要7ms,在效率上,使用表达式这种方法有显著的提高,您可以看到使用此技术可以完全避免使用反射时的性能损失。反射之所以效率有点低主要取决于其加载的时候时在运行期下,而表达式则在编译期,下篇有空将会介绍用Emit技术优化反射,会比表达式略快一点。

注:对于常用对象的属性,最好将其缓存起来,这样效率会更高。

代码下载

posted @ 2018-12-07 01:35 Fode 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏