java编程中，使用反射来增强灵活性（如各类框架）、某些抽象（如各类框架）及减少样板代码（如Java Bean）。
因此，反射在实际的java项目中被大量使用。
由于项目里存在反射的性能瓶颈，使用的是ReflectASM高性能反射库来优化。
因此，在空闲时间研究了下的这个库，并做了简单的Beachmark。
介绍
ReflectASM是使用字节码生成来加强反射的性能。
反射包含多种反射，这个库很简单，它提供的特性则是：
- 根据匹配的字符串操作成员变量。
- 根据匹配的字符串调用成员函数。
- 根据匹配的字符串调用构造函数。
这三种也恰恰是实际使用中最多的，且在特殊场景下也容易产生性能问题。
例子
举个例子，使用MethodAccess来反射调用类的函数：
Person person = new Person();
MethodAccess m = MethodAccess.get(Person.class);
Object value = m.invoke(person, "getName");更多的例子参考官方文档，这个库本身就不大，就几个类。
实现原理
MethodAccess.get方法
static public MethodAccess get (Class type) {
ArrayList methods = new ArrayList();
boolean isInterface = type.isInterface();
if (!isInterface) {
Class nextClass = type;
while (nextClass != Object.class) {
addDeclaredMethodsToList(nextClass, methods);
nextClass = nextClass.getSuperclass();
}
} else {
recursiveAddInterfaceMethodsToList(type, methods);
}
int n = methods.size();
String[] methodNames = new String[n];
Class[][] parameterTypes = new Class[n][];
Class[] returnTypes = new Class[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
Method method = methods.get(i);
methodNames[i] = method.getName();
parameterTypes[i] = method.getParameterTypes();
returnTypes[i] = method.getReturnType();
}
String className = type.getName();
String accessClassName = className + "MethodAccess";
if (accessClassName.startsWith("java.")) accessClassName = "reflectasm." + accessClassName;
Class accessClass;
AccessClassLoader loader = AccessClassLoader.get(type);
synchronized (loader) {
try {
accessClass = loader.loadClass(accessClassName);
} catch (ClassNotFoundException ignored) {
String accessClassNameInternal = accessClassName.replace('.', '/');
String classNameInternal = className.replace('.', '/');
ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);
MethodVisitor mv;
/* ... 字节码生成 */
byte[] data = cw.toByteArray();
accessClass = loader.defineClass(accessClassName, data);
}
}
try {
MethodAccess access = (MethodAccess)accessClass.newInstance();
access.methodNames = methodNames;
access.parameterTypes = parameterTypes;
access.returnTypes = returnTypes;
return access;
} catch (Throwable t) {
throw new RuntimeException("Error constructing method access class: " + accessClassName, t);
}
} 大致逻辑为：
- 通过java反射获取必要的函数名、函数类型等信息。
- 动态生成一个用于调用被反射对象的类，其为MethodAccess的子类。
- 反射生成动态生成的类，返回。
由于里面包含字节码生成操作，所以相对来说这个函数是比较耗时的。
我们来分析一下，如果第二次调用对相同的类调用MethodAccess.get()方法，会不会好一些？
注意到：
synchronized (loader) {
try {
accessClass = loader.loadClass(accessClassName);
} catch {
/* ... */
}
}因此，如果这个动态生成的MethodAccess类已经生成过，第二次调用MethodAccess.get是不会操作字节码生成的。
但是，前面的一大堆准备反射信息的操作依然会被执行。所以，如果在代码中封装这样的一个函数试图使用ReflectASM库：
Object reflectionInvoke(Object bean, String methodName) {
MethodAccess m = MethodAccess.get(bean.getClass());
return m.invoke(bean, methodName);
}那么每次反射调用前都得执行这么一大坨准备反射信息的代码，实际上还不如用原生反射呢。这个后面会有Beachmark。
为什么不在找不到动态生成的MethodAccess类时（即第一次调用）时，再准备反射信息？这个得问作者。
动态生成的类
通过idea调试器获取动态生成类的字节码
那么那个动态生成的类的内部到底是什么？
由于这个类是动态生成的，所以获取它的定义比较麻烦。
一开始我试图寻找java的ClassLoader的API获取它的字节码，但是似乎没有这种API。
后来，我想了一个办法，直接在MethodAccess.get里面的这行代码打断点：
byte[] data = cw.toByteArray();通过idea的调试器把data的内容复制出来。但是这又遇到一个问题，data是二进制内容，根本复制不出来。
一个一年要400美刀的IDE，为啥不能做的贴心一点啊？
既然是二进制内容，那么只能设法将其编码成文本再复制了。通过idea调试器自定义view的功能，将其编码成base64后复制了出来。
然后，搞个python小脚本将其base64解码回.class文件：
#!/usr/bin/env python3
import base64
with open("tmp.txt", "rb") as fi, open("tmp.class", "wb") as fo:
base64.decode(fi, fo)反编译.class文件，得到：
//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//
package io.github.frapples.javademoandcookbook.commonutils.entity;
import com.esotericsoftware.reflectasm.MethodAccess;
public class PointMethodAccess extends MethodAccess {
public PointMethodAccess() {
}
public Object invoke(Object var1, int var2, Object... var3) {
Point var4 = (Point)var1;
switch(var2) {
case 0:
return var4.getX();
case 1:
var4.setX((Integer)var3[0]);
return null;
case 2:
return var4.getY();
case 3:
var4.setY((Integer)var3[0]);
return null;
case 4:
return var4.toString();
case 5:
return Point.of((Integer)var3[0], (Integer)var3[1], (String)var3[2]);
default:
throw new IllegalArgumentException("Method not found: " + var2);
}
}
}可以看到，生成的invoke方法中，直接根据索引使用switch直接调用。
所以，只要使用得当，性能媲美原生调用是没有什么问题的。
MethodAccess.invoke方法
来看invoke方法内具体做了哪些操作：
abstract public Object invoke (Object object, int methodIndex, Object... args);
/** Invokes the method with the specified name and the specified param types. */
public Object invoke (Object object, String methodName, Class[] paramTypes, Object... args) {
return invoke(object, getIndex(methodName, paramTypes), args);
}
/** Invokes the first method with the specified name and the specified number of arguments. */
public Object invoke (Object object, String methodName, Object... args) {
return invoke(object, getIndex(methodName, args == null ? 0 : args.length), args);
}
/** Returns the index of the first method with the specified name. */
public int getIndex (String methodName) {
for (int i = 0, n = methodNames.length; i < n; i++)
if (methodNames[i].equals(methodName)) return i;
throw new IllegalArgumentException("Unable to find non-private method: " + methodName);
}如果通过函数名称调用函数（即调用invoke(Object, String, Class[], Object...)，
则MethodAccess是先遍历所有函数名称拿到索引，然后根据索引调用对应方法（即调用虚函数invoke(Object, int, Object...)，
实际上是通过多态调用字节码动态生成的子类的对应函数。
如果被反射调用的类的函数很多，则这个遍历操作带来的性能损失不能忽略。
所以，性能要求高的场合，应该预先通过getIndex方法提前获得索引，然后后面即可以直接使用invoke(Object, int, Object...)来调用。
Beachmark
谈这种细粒度操作级别的性能问题，最有说服力的就是实际测试数据了。
下面，Talk is cheap, show you my beachmark.
首先是相关环境：
操作系统版本： elementary OS 0.4.1 Loki 64-bit
CPU: 双核 Intel® Core™ i5-7200U CPU @ 2.50GHz
JMH基准测试框架版本: 1.21
JVM版本: JDK 1.8.0_181, OpenJDK 64-Bit Server VM, 25.181-b13
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
// 通过MethodHandle调用。预先得到某函数的MethodHandle
ReflectASMBenchmark.javaMethodHandleWithInitGet thrpt 5 122.988 ± 4.240 ops/us
// 通过java反射调用。缓存得到的Method对象
ReflectASMBenchmark.javaReflectWithCacheGet thrpt 5 11.877 ± 2.203 ops/us
// 通过java反射调用。预先得到某函数的Method对象
ReflectASMBenchmark.javaReflectWithInitGet thrpt 5 66.702 ± 11.154 ops/us
// 通过java反射调用。每次调用都先取得Method对象
ReflectASMBenchmark.javaReflectWithOriginGet thrpt 5 3.654 ± 0.795 ops/us
// 直接调用
ReflectASMBenchmark.normalCall thrpt 5 1059.926 ± 99.724 ops/us
// ReflectASM通过索引调用。预先取得MethodAccess对象，预先取得某函数的索引
ReflectASMBenchmark.reflectAsmIndexWithCacheGet thrpt 5 639.051 ± 47.750 ops/us
// ReflectASM通过函数名调用，缓存得到的MethodAccess对象
ReflectASMBenchmark.reflectAsmWithCacheGet thrpt 5 21.868 ± 1.879 ops/us
// ReflectASM通过函数名调用，预先得到的MethodAccess
ReflectASMBenchmark.reflectAsmWithInitGet thrpt 5 53.370 ± 0.821 ops/us
// ReflectASM通过函数名调用，每次调用都取得MethodAccess
ReflectASMBenchmark.reflectAsmWithOriginGet thrpt 5 0.593 ± 0.005 ops/us可以看到，每次调用都来一次MethodAccess.get，性能是最慢的，时间消耗是java原生调用的6倍，不如用java原生调用。
最快的则是预先取得MethodAccess和函数的索引并用索引来调用。其时间消耗仅仅是直接调用的2倍不到。
基准测试代码见：
https://github.com/frapples/j...
jmh框架十分专业，在基准测试前会做复杂的预热过程以减少环境、优化等影响，基准测试也尽可能通过合理的迭代次数等方式来减小误差。
所以，在默认的迭代次数、预热次数下，跑一次基准测试的时间不短，CPU呼呼的转。。。
最后总结
在使用ReflectASM对某类进行反射调用时，需要预先生成或获取字节码动态生成的MethodAccess子类对象。
这一操作是非常耗时的，所以正确的使用方法应该是：
- 在某个利用反射的耗时函数启动前，先预先生成这个MethodAccess对象。
- 如果是自己里面ReflectASM封装工具类，则应该设计缓存，缓存生成的MethodAccess对象。
如果不这样做，这个ReflectASM用的没有任何意义，性能还不如java的原生反射。
如果想进一步提升性能，那么还应该避免使用函数的字符串名称来调用，而是在耗时的函数启动前，预先获取函数名称对应的整数索引。
在后面的耗时的函数，使用这个整数索引进行调用。