使用表达式树和反射来访问对象属性的性能比较

今天在工作上遇到这么个需求：需要获取对象上所有属性的值，但并事先并不知道对象的类型。 我的第一反应就是使用反射，但是这个操作会进行多次，大量的反射肯定会有性能影响。虽然对我这个项目无关紧要，但我还是选择了另外一种解决方案：构建表达式树，再生成委托，然后将委托缓存在字典里。代码如下:

首先构建表达式树(类似这种形式：'(a) => a.xx')，并生成委托：

private static Func<TObject, object> BuildDynamicGetPropertyValueDelegate<TObject>(PropertyInfo property)
{
    var instanceExpression = Expression.Parameter(property.ReflectedType, "instance");
    var memberExpression = Expression.Property(instanceExpression, property);
    var convertExpression = Expression.Convert(memberExpression, typeof(object));
    var lambdaExpression = Expression.Lambda<Func<TObject, object>>(convertExpression, instanceExpression);
    return lambdaExpression.Compile();
}

接着，当需要获取属性的值时，先在字典里查看是否有已经生成好的委托，有的话取出委托执行获取属性值。没有则构建表达式树生成委托，并放入字典中：

private static Dictionary<PropertyInfo, Delegate> delegateCache = new Dictionary<PropertyInfo, Delegate>();

public static object GetPropertyValueUseExpression<TObject>(TObject obj, PropertyInfo property)
{
    Delegate d;
    if (delegateCache.TryGetValue(property, out d))
    {
        var func = (Func<TObject, object>)d;
        return func(obj);
    }

    var getValueDelegate = BuildDynamicGetPropertyValueDelegate<TObject>(property);
    delegateCache[property] = getValueDelegate;
    return getValueDelegate(obj);
}

就这么简单，完成之后，我想测试一下表达式树版本和反射版本的性能差距如何，于是我又简单实现反射版本作为测试对比：

public static object GetPropertyValueUseReflection<TObject>(TObject obj, PropertyInfo propertyInfo)
{
    return propertyInfo.GetValue(obj);
}

接下来是两者的测试代码：

class Car 
{
    public string Make { get; set; }
    public string Model { get; set; }
    public int Capacity { get; set; }
}

.....

int repeatTimes = 10000;
PropertyInfo property = typeof(Car).GetProperty("Make");
Car car = new Car();

Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < repeatTimes; i++)
{
    GetPropertyValueUseExpression(car, property);
}
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine("Repeated {0}, Cache in Dictionary expression used time: {1} ms", repeatTimes, stopwatch.ElapsedTicks);

stopwatch.Reset();
stopwatch.Start();
for (int i = 0; i < repeatTimes; i++)
{
    GetPropertyValueUseReflection(car, property);
}
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine("Repeated {0}, reflection used time: {1} ms", repeatTimes, stopwatch.ElapsedTicks);

在我的预想之中是这样的：表达式树版本在调用次数很少的情况下会慢于反射版本，随着次数增多，表达式树版本的优势会越来越明显。

测试结果：

在调用次数为十万、百万、千万次的情况下，表达式书版本的优势随着次数而提高。

PS:之前在代码中犯了一些错误导致表达式树版本的效率比反射还低，还把原因归结于Dictionary的效率，确实不该。但是为何这些小错误会导致如此的差距我还没弄明白，搞明白之后再写一篇博客吧。

更新:

经过Echofool、zhaxg两位园友的提示，其实访问属性的委托可以不用放在字典里，而是通过多接收一个参数再根据switch case来获取相应的属性值，代码如下：

public class PropertyDynamicGetter<T>
{
    private static Func<T, string, object> cachedGetDelegate;

    public PropertyDynamicGetter()
    {
        if (cachedGetDelegate == null)
        {
            var properties = typeof(T).GetProperties();
            cachedGetDelegate = BuildDynamicGetDelegate(properties);
        }
    }

    public object Execute(T obj, string propertyName)
    {
        return cachedGetDelegate(obj, propertyName);
    }

    private Func<T, string, object> BuildDynamicGetDelegate(PropertyInfo[] properties)
    {
        var objParamExpression = Expression.Parameter(typeof(T), "obj");
        var nameParamExpression = Expression.Parameter(typeof(string), "name");
        var variableExpression = Expression.Variable(typeof(object), "propertyValue");

        List<SwitchCase> switchCases = new List<SwitchCase>();
        foreach (var property in properties)
        {
            var getPropertyExpression = Expression.Property(objParamExpression, property);
            var convertPropertyExpression = Expression.Convert(getPropertyExpression, typeof(object));
            var assignExpression = Expression.Assign(variableExpression, convertPropertyExpression);
            var switchCase = Expression.SwitchCase(assignExpression, Expression.Constant(property.Name));
            switchCases.Add(switchCase);
        }

        //set null when default
        var defaultBodyExpression = Expression.Assign(variableExpression, Expression.Constant(null));
        var switchExpression = Expression.Switch(nameParamExpression, defaultBodyExpression, switchCases.ToArray());
        var blockExpression = Expression.Block(typeof(object), new[] { variableExpression }, switchExpression);
        var lambdaExpression = Expression.Lambda<Func<T, string, object>>(blockExpression, objParamExpression, nameParamExpression);
        return lambdaExpression.Compile();
    }
}

这个版本不使用字典，从而去除了从字典取对象的影响。它实现上先是取出对象所有的属性，然后在构建表达式树时根据属性名使用Switch。

测试结果：

可以看到，在千万次的情况下（十万，百万也是如此），这个版本效率比表达式树缓存在字典里的效率还要高一些。

最后，如果我的代码有错误或者测试方法不对，欢迎大家指出