反射性能优化2

反射性能优化2

　在上篇博客中，我介绍了优化反射的第一个步骤：用委托调用代替直接反射调用。
　　然而，那只是反射优化过程的开始，因为新的问题出现了：如何保存大量的委托？

　　如果我们将委托保存在字典集合中，会发现这种设计会浪费较多的执行时间，因为这种设计会引发三个新问题：
　　1. 代码的执行路径变长了。
　　2. 字典查找是有成本开销的。
　　3. 字典集合的并发读写需要锁定，会影响并发性。

　　再来回顾一下上次的测试结果吧：

　　虽然通用接口ISetValue将反射性能优化了37倍，但是最终的FastSetValue将这个数字减少到还不到7倍（在CLR4中还不到5倍）。
　　难道您不觉得遗憾吗？

　　再看看直接调用与反射调用的对比，它们的速度相差了上千倍！

　　能不能不使用委托？

　　既然委托最后引出了三个难以解决的问题，导致优化后速度比直接调用差距太远，那我们能不能不使用委托呢？

　　委托调用并不是优化反射的唯一方案，我们还有其它方法，
　　之所以委托调用能成为常见的优化方案是因为它比较简单。

　　假如我需要用客户端提交的数据来填充某个数据对象，考虑到代码的通用性，我会用反射写成这样：

/// <summary>
/// 从HttpRequest加载obj所需的数据
/// </summary>
/// <param name="request"></param>
/// <param name="obj"></param>
public static void LoadDataFromHttpRequest(HttpRequest request, object obj)
{
    PropertyInfo[] properties = obj.GetType().GetProperties();
    foreach( PropertyInfo p in properties ) {
        // 这里只是示意代码，假设数据处理不会有异常。
        object val = Convert.ChangeType(request[p.Name], p.PropertyType);
        p.FastSetValue(obj, val);
    }
}

　　如果我事先知道要加载已知的数据类型，代码会写成这样：

public static void LoadDataFromHttpRequest(HttpRequest request, OrderInfo order)
{
    // 这里只是示意代码，假设数据处理不会有异常。
    order.OrderID = int.Parse(request["OrderID"]);
    order.OrderDate = DateTime.Parse(request["OrderDate"]);
    order.SumMoney = decimal.Parse(request["SumMoney"]);
    order.Comment = request["Comment"];
    order.Finished = bool.Parse(request["Finished"]);
}

　　显然，第二段代码运行效率更快（尽管第一段代码调用FastSetValue优化了速度）。

　　大家都知道反射性能较差，直接调用性能最好，那么能不能在运行时不使用反射呢？

　　的确，使用反射是因为我们事先不知道要处理哪些类型的对象，因此不得不用反射， 另外，反射的代码也更通用，写一个方法可以加载所有的数据类型，可认为是一劳永逸的方法。 不过，就算我们事先不知道要处理哪些对象类型，但是只要使用反射，我们完全可以知道任何一个类型包含哪些数据成员， 还能知道这些数据成员的数据类型，这一点不用怀疑吧？ 既然我们用反射可以知道所有的类型定义信息，我们是否可以参照代码生成器的思路去生成代码呢？ 我们可以参照前面第二段代码，为【需要处理的类型】生成直接调用的代码，这样不就彻底解决了反射性能问题了吗？ 生成代码的过程，其实也就是个字符串的拼接过程，难度并不大，只是比较复杂而已。

　　如果前面的答案都是肯定的，那么现在只有一个问题了：我们能在运行时执行拼接生成的字符串代码吗？

　　答案也是肯定的：能！

　　CodeDOM：在运行时编译代码

　　回忆一下我们编写的ASPX页面，它们并不是C#代码，它们本质上就是一个文本文件， 我们可以写入一些HTML标签，还有些标签上加了 runat="server" 属性， 我们还可以在页面中插入一些C#代码片段，尽管它们不是我们编译后的DLL文件，然而它们就是运行起来了！ 要知道ASP.NET不是ASP，ASP是解释性的脚本语言，而ASP.NET是以编译方式运行的， 所以，每个ASPX页面文件最后都是运行编译后的结果。

　　假设我有下面一段文本（文本的内容是一段C#代码）：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Reflection;

namespace OptimizeReflection
{
    public class DemoClass
    {
        public int Id { get; set; }

        public string Name;

        public int Add(int a, int b)
        {
            return a + b;
        }
    }

    public class 用户手册
    {
        public static void Main()
        {
            // OptimizeReflection 这个类库提供了一些扩展方法，它们用于优化常见的反射场景
            // 下面是一些相关的演示示例。
            
            // 对于属性的读写操作、方法的调用操作，还提供了性能更好的强类型（泛型）版本，可参考Program.cs

            Type instanceType = typeof(DemoClass);
            PropertyInfo propertyInfo = instanceType.GetProperty("Id");
            FieldInfo fieldInfo = instanceType.GetField("Name");
            MethodInfo methodInfo = instanceType.GetMethod("Add");

            // 1. 创建实例对象
            DemoClass obj = (DemoClass)instanceType.FastNew();

            // 2. 写属性
            propertyInfo.FastSetValue(obj, 123);
            propertyInfo.FastSetValue2(obj, 123);

            // 3. 读属性
            int a = (int)propertyInfo.FastGetValue(obj);
            int b = (int)propertyInfo.FastGetValue2(obj);

            // 4. 写字段
            fieldInfo.FastSetField(obj, "Fish Li");

            // 5. 读字段
            string s = (string)fieldInfo.FastGetValue(obj);

            // 6. 调用方法
            int c = (int)methodInfo.FastInvoke(obj, 1, 2);
            int d = (int)methodInfo.FastInvoke2(obj, 3, 4);

            Console.WriteLine("a={0}; b={1}; c={2}; d={3}; s={4}", a, b, c, d, s);
        }
    }
}

　　您可以把上面这段文本想像成前面第二个版本的LoadDataFromHttpRequest方法，如果我们在运行时使用反射也能生成那样的代码， 现在就差把它编译成程序集了。下面的代码演示了如何将一段文本编译成程序集的过程：

string code = null;

// 1. 生成要编译的代码。（示例为了简单直接从程序集内的资源中读取）
Stream stram = typeof(CodeDOM).Assembly
            .GetManifestResourceStream("TestOptimizeReflection.用户手册.txt");
using( StreamReader sr = new StreamReader(stram) ) {
    code = sr.ReadToEnd();
}

//Console.WriteLine(code);

// 2. 设置编译参数，主要是指定将要引用哪些程序集
CompilerParameters cp = new CompilerParameters();
cp.GenerateExecutable = false;
cp.GenerateInMemory = true;
cp.ReferencedAssemblies.Add("System.dll");
cp.ReferencedAssemblies.Add("OptimizeReflection.dll");

// 3. 获取编译器并编译代码
// 由于我的代码使用了【自动属性】特性，所以需要 C# .3.5版本的编译器。
// 获取与CLR匹配版本的C#编译器可以这样写：CodeDomProvider.CreateProvider("CSharp")

Dictionary<string, string> dict = new Dictionary<string, string>();
dict["CompilerVersion"] = "v3.5";
dict["WarnAsError"] = "false";

CSharpCodeProvider csProvider = new CSharpCodeProvider(dict);
CompilerResults cr = csProvider.CompileAssemblyFromSource(cp, code);

// 4. 检查有没有编译错误
if( cr.Errors != null && cr.Errors.HasErrors ) {
    foreach( CompilerError error in cr.Errors )
        Console.WriteLine(error.ErrorText);

    return;
}

// 5. 获取编译结果，它是编译后的程序集
Assembly asm = cr.CompiledAssembly;

　　整个过程分为5个步骤，它们已用注释标识出来了，这里不再重复了。

　　如何调用编译结果

　　前面的代码把一段文本字符串编译成了程序集，现在还有最后一个问题：如何调用编译结果？

　　答案：有二种方法，
　　1. 直接调用方法。
　　2. 实例化程序集中的类型，以接口方式调用方法。
　　其实这二种方法都需要使用反射，用反射定位到要调用的类型和方法。

　　第一种方法要求在生成代码时，生成的类名和方法名是明确的，在调用方法时，我们有二个选择：
　　1. 用反射的方式调用（这里只是一次反射）。
　　2. 为方法生成委托（用上篇博客介绍的方法），然后基于委托调用。

　　第二种方法要求在生成代码时，首先要定义一个接口，保证生成的代码能实现指定的接口，
　　然而用反射找到要调用的类型名称，用反射或者委托调用构造方法创建类型实例，最后基于接口去调用。
　　我们熟悉的ASPX页面就是采用了这种方式来实现的。

　　这二种方法也可以这样区分：
　　1. 如果生成的方法是静态方法，应该选择第一种方法。
　　2. 如果生成的方法是实例方法，那么选择第二种方法是合理的。

　　对于前面的示例，我采用了第一种方法了，因为类名和方法名称都是事先确定的而且实现起来比较简单。

// 6. 找到目标方法，并调用
Type t = asm.GetType("OptimizeReflection.用户手册");
MethodInfo method = t.GetMethod("Main");
method.Invoke(null, null);

　　能不能不使用委托？ 如何用好CodeDOM？
　　在这篇博客中我不知道把它们安排在哪里较为合适，算了，还是把答案留给下篇博客吧。