[C#]方法的直接调用,反射调用与……Lambda表达式调用

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转载:http://www.cnblogs.com/JeffreyZhao/archive/2008/11/22/invoke-method-by-lambda-expression.html
想调用一个方法很容易,直接代码调用就行,这人人都会。其次呢,还可以使用反射。不过通过反射调用的性能会远远低于直接调用——至少从绝对时间上来 看的确是这样。虽然这是个众所周知的现象,我们还是来写个程序来验证一下。比如我们现在新建一个Console应用程序,编写一个最简单的Call方法。

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
}
public void Call(object o1, object o2, object o3) { }
}

  Call方法接受三个object参数却没有任何实现,这样我们就可以让测试专注于方法调用,而并非方法实现本身。于是我们开始编写测试代码,比较一下方法的直接调用与反射调用的性能差距:

static void Main(string[] args)
{
int times = 1000000;
Program program = new Program();
object[] parameters = new object[] { new object(), new object(), new object() };
program.Call(null, null, null); // force JIT-compile
Stopwatch watch1 = new Stopwatch();
watch1.Start();
for (int i = 0; i < times; i++)
{
program.Call(parameters[0], parameters[1], parameters[2]);
}
watch1.Stop();
Console.WriteLine(watch1.Elapsed + " (Directly invoke)");
MethodInfo methodInfo = typeof(Program).GetMethod("Call");
Stopwatch watch2 = new Stopwatch();
watch2.Start();
for (int i = 0; i < times; i++)
{
methodInfo.Invoke(program, parameters);
}
watch2.Stop();
Console.WriteLine(watch2.Elapsed + " (Reflection invoke)");
Console.WriteLine("Press any key to continue...");
Console.ReadKey();
}

  执行结果如下:

00:00:00.0135323 (Directly invoke)
00:00:05.2325120 (Reflection invoke)
Press any key to continue...

  通过各调用一百万次所花时间来看,两者在性能上具有数量级的差距。因此,很多框架在必须利用到反射的场景中,都会设法使用一些较高级的替代方案 来改善性能。例如,使用CodeDom生成代码并动态编译,或者使用Emit来直接编写IL。不过自从.NET 3.5发布了Expression相关的新特性,我们在以上的情况下又有了更方便并直观的解决方案。

  了解Expression相关特性的朋友可能知 道,System.Linq.Expressions.Expression<TDelegate>类型的对象在调用了它了Compile方 法之后将得到一个TDelegate类型的委托对象,而调用一个委托对象与直接调用一个方法的性能开销相差无几。那么对于上面的情况,我们又该得到什么样 的Delegate对象呢?为了使解决方案足够通用,我们必须将各种签名的方法统一至同样的委托类型中,如下:

public Func<object, object[], object> GetVoidDelegate()
{
Expression<Action<object, object[]>> exp = (instance, parameters) =>
((Program)instance).Call(parameters[0], parameters[1], parameters[2]);
Action<object, object[]> action = exp.Compile();
return (instance, parameters) =>
{
action(action, parameters);
return null;
};
}

  如上,我们就得到了一个Func<object, object[], object>类型的委托,这意味它接受一个object类型与object[]类型的参数,以及返回一个object类型的结果——等等,朋友们 有没有发现,这个签名与MethodInfo类型的Invoke方法完全一致?不过可喜可贺的是,我们现在调用这个委托的性能远高于通过反射来调用了。那 么对于有返回值的方法呢?那构造一个委托对象就更方便了:

public int Call(object o1, object o2) { return 0; }
public Func<object, object[], object> GetDelegate()
{
Expression<Func<object, object[], object>> exp = (instance, parameters) =>
((Program)instance).Call(parameters[0], parameters[1]);
return exp.Compile();
}

  至此,我想朋友们也已经能够轻松得出调用静态方法的委托构造方式了。可见,这个解决方案的关键在于构造一个合适的Expression<TDelegate>,那么我们现在就来编写一个DynamicExecuter类来作为一个较为完整的解决方案:

public class DynamicExecutor
{
private Func<object, object[], object> m_execute;
public DynamicExecutor(MethodInfo methodInfo)
{
this.m_execute = this.GetExecuteDelegate(methodInfo);
}
public object Execute(object instance, object[] parameters)
{
return this.m_execute(instance, parameters);
}
private Func<object, object[], object> GetExecuteDelegate(MethodInfo methodInfo)
{
// parameters to execute
ParameterExpression instanceParameter = Expression.Parameter(typeof(object), "instance");
ParameterExpression parametersParameter = Expression.Parameter(typeof(object[]), "parameters");
// build parameter list
List<Expression> parameterExpressions = new List<Expression>();
ParameterInfo[] paramInfos = methodInfo.GetParameters();
for (int i = 0; i < paramInfos.Length; i++)
{
// (Ti)parameters[i]
BinaryExpression valueObj = Expression.ArrayIndex(parametersParameter, Expression.Constant(i));
UnaryExpression valueCast = Expression.Convert(valueObj, paramInfos[i].ParameterType);
parameterExpressions.Add(valueCast);
}
// non-instance for static method, or ((TInstance)instance)
Expression instanceCast = methodInfo.IsStatic ? null :
Expression.Convert(instanceParameter, methodInfo.ReflectedType);
// static invoke or ((TInstance)instance).Method
MethodCallExpression methodCall = Expression.Call(instanceCast, methodInfo, parameterExpressions);
// ((TInstance)instance).Method((T0)parameters[0], (T1)parameters[1], ...)
if (methodCall.Type == typeof(void))
{
Expression<Action<object, object[]>> lambda = Expression.Lambda<Action<object, object[]>>(
methodCall, instanceParameter, parametersParameter);
Action<object, object[]> execute = lambda.Compile();
return (instance, parameters) =>
{
execute(instance, parameters);
return null;
};
}
else
{
UnaryExpression castMethodCall = Expression.Convert(methodCall, typeof(object));
Expression<Func<object, object[], object>> lambda = Expression.Lambda<Func<object, object[], object>>(
castMethodCall, instanceParameter, parametersParameter);
return lambda.Compile();
}
}
}

  DynamicExecutor的关键就在于GetExecuteDelegate方法中构造Expression Tree的逻辑。如果您对于一个Expression Tree的结构不太了解的话,不妨尝试一下使用Expression Tree Visualizer来 对一个现成的Expression Tree进行观察和分析。我们将一个MethodInfo对象传入DynamicExecutor的构造函数之后,就能将各组不同的实例对象和参数对象数 组传入Execute进行执行。这一切就像使用反射来进行调用一般,不过它的性能就有了明显的提高。例如我们添加更多的测试代码:

DynamicExecutor executor = new DynamicExecutor(methodInfo);
Stopwatch watch3 = new Stopwatch();
watch3.Start();
for (int i = 0; i < times; i++)
{
executor.Execute(program, parameters);
}
watch3.Stop();
Console.WriteLine(watch3.Elapsed + " (Dynamic executor)");

  现在的执行结果则是:

00:00:00.0148828 (Directly invoke)
00:00:05.2488540 (Reflection invoke)
00:00:00.0618695 (Dynamic executor)
Press any key to continue...

  事实上,Expression<TDelegate>类型的Compile方法正是使用Emit来生成委托对象。不过现在我们已经 无需将目光放在更低端的IL上,只要使用高端的API来进行Expression Tree的构造,这无疑是一种进步。不过这种方法也有一定局限性,例如我们只能对公有方法进行调用,并且除了方法外的其他类型成员,我们就无法如上例般惬 意地编写代码了。

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