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by smallnest

Go Reflect 性能

Go reflect包提供了运行时获取对象的类型和值的能力，它可以帮助我们实现代码的抽象和简化，实现动态的数据获取和方法调用， 提高开发效率和可读性， 也弥补Go在缺乏泛型的情况下对数据的统一处理能力。

通过reflect，我们可以实现获取对象类型、对象字段、对象方法的能力，获取struct的tag信息，动态创建对象，对象是否实现特定的接口，对象的转换、对象值的获取和设置、Select分支动态调用等功能， 看起来功能不错，但是大家也都知道一点: 使用reflect是有性能代价的!

测试

Java中的reflect的使用对性能也有影响， 但是和Java reflect不同， Java中不区分Type和Value类型的， 所以至少Java中我们可以预先将相应的reflect对象缓存起来，减少反射对性能的影响， 但是Go没办法预先缓存reflect, 因为Type类型并不包含对象运行时的值，必须通过ValueOf和运行时实例对象才能获取Value对象。

对象的反射生成和获取都会增加额外的代码指令， 并且也会涉及interface{}装箱/拆箱操作，中间还可能增加临时对象的生成，所以性能下降是肯定的，但是具体能下降多少呢，还是得数据来说话。

当然，不同的reflect使用的姿势， 以及对象类型的不同，都会多多少少影响性能的测试数据，我们就以一个普通的struct类型为例：

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package test
import (
	"reflect"
	"testing"
)
type Student struct {
	Name  string
	Age   int
	Class string
	Score int
}
func BenchmarkReflect_New(b *testing.B) {
	var s *Student
	sv := reflect.TypeOf(Student{})
	b.ResetTimer()
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		sn := reflect.New(sv)
		s, _ = sn.Interface().(*Student)
	}
	_ = s
}
func BenchmarkDirect_New(b *testing.B) {
	var s *Student
	b.ResetTimer()
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		s = new(Student)
	}
	_ = s
}
func BenchmarkReflect_Set(b *testing.B) {
	var s *Student
	sv := reflect.TypeOf(Student{})
	b.ResetTimer()
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		sn := reflect.New(sv)
		s = sn.Interface().(*Student)
		s.Name = "Jerry"
		s.Age = 18
		s.Class = "20005"
		s.Score = 100
	}
}
func BenchmarkReflect_SetFieldByName(b *testing.B) {
	sv := reflect.TypeOf(Student{})
	b.ResetTimer()
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		sn := reflect.New(sv).Elem()
		sn.FieldByName("Name").SetString("Jerry")
		sn.FieldByName("Age").SetInt(18)
		sn.FieldByName("Class").SetString("20005")
		sn.FieldByName("Score").SetInt(100)
	}
}
func BenchmarkReflect_SetFieldByIndex(b *testing.B) {
	sv := reflect.TypeOf(Student{})
	b.ResetTimer()
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		sn := reflect.New(sv).Elem() 
		sn.Field(0).SetString("Jerry")
		sn.Field(1).SetInt(18)
		sn.Field(2).SetString("20005")
		sn.Field(3).SetInt(100)
	}
}
func BenchmarkDirect_Set(b *testing.B) {
	var s *Student
	b.ResetTimer()
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		s = new(Student)
		s.Name = "Jerry"
		s.Age = 18
		s.Class = "20005"
		s.Score = 100
	}
}

测试结果:

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BenchmarkReflect_New-4               	20000000	        70.0 ns/op	      48 B/op	       1 allocs/op
BenchmarkDirect_New-4                	30000000	        45.6 ns/op	      48 B/op	       1 allocs/op
BenchmarkReflect_Set-4               	20000000	        73.6 ns/op	      48 B/op	       1 allocs/op
BenchmarkReflect_SetFieldByName-4    	 3000000	       492 ns/op	      80 B/op	       5 allocs/op
BenchmarkReflect_SetFieldByIndex-4   	20000000	       111 ns/op	      48 B/op	       1 allocs/op
BenchmarkDirect_Set-4                   30000000	        43.1 ns/op	      48 B/op	       1 allocs/op

测试结果

我们进行了两种功能的测试：

  • 对象(struct)的创建
  • 对象字段的赋值

对于对象的创建，通过反射生成对象需要 70纳秒， 而直接new这个对象却只需要45.6纳秒， 性能差别还是很大的。

对于字段的赋值，一共四个测试用例：

  • Reflect_Set: 通过反射生成对象，并将这个对象转换成实际的对象，直接调用对象的字段进行赋值， 需要73.6纳秒
  • Reflect_SetFieldByName: 通过反射生成对象，通过FieldByName进行赋值， 需要492纳秒
  • Reflect_SetFieldByIndex: 通过反射生成对象，通过Field进行赋值， 需要111纳秒
  • Direct_Set: 直接调用对象的字段进行赋值， 只需要43.1纳秒

Reflect_Set和Direct_Set性能的主要差别还是在于对象的生成，因为之后字段的赋值方法都是一样的，这也和对象创建的测试case的结果是一致的。

如果通过反射进行赋值，性能下降是很厉害的，耗时成倍的增长。比较有趣的是，FieldByName方式赋值是Field方式赋值的好几倍， 原因在于FieldByName会有额外的循环进行字段的查找，虽然最终它还是调用Field进行赋值：

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func (v Value) FieldByName(name string) Value {
	v.mustBe(Struct)
	if f, ok := v.typ.FieldByName(name); ok {
		return v.FieldByIndex(f.Index)
	}
	return Value{}
}
func (v Value) FieldByIndex(index []int) Value {
	if len(index) == 1 {
		return v.Field(index[0])
	}
	v.mustBe(Struct)
	for i, x := range index {
		if i > 0 {
			if v.Kind() == Ptr && v.typ.Elem().Kind() == Struct {
				if v.IsNil() {
					panic("reflect: indirection through nil pointer to embedded struct")
				}
				v = v.Elem()
			}
		}
		v = v.Field(x)
	}
	return v
}

优化

从上面的测试结果看， 通过反射生成对象和字段赋值都会影响性能，但是通过反射的确确确实实能简化代码，为业务逻辑提供统一的代码， 比如标准库中json的编解码、rpc服务的注册和调用， 一些ORM框架比如gorm等，都是通过反射处理数据的，这是为了能处理通用的类型。

https://github.com/golang/go/blob/master/src/encoding/json/decode.go#L946
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  ......
      case reflect.String:
	v.SetString(string(s))
case reflect.Interface:
	if v.NumMethod() == 0 {
		v.Set(reflect.ValueOf(string(s)))
	} else {
		d.saveError(&UnmarshalTypeError{Value: "string", Type: v.Type(), Offset: int64(d.readIndex())})
          }
  ......
https://github.com/jinzhu/gorm/blob/master/scope.go#L495
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     for fieldIndex, field := range selectFields {
if field.DBName == column {
	if field.Field.Kind() == reflect.Ptr {
		values[index] = field.Field.Addr().Interface()
	} else {
		reflectValue := reflect.New(reflect.PtrTo(field.Struct.Type))
		reflectValue.Elem().Set(field.Field.Addr())
		values[index] = reflectValue.Interface()
		resetFields[index] = field
	}
	selectedColumnsMap[column] = offset + fieldIndex
	if field.IsNormal {
		break
	}
}
     }

在我们追求高性能的场景的时候，我们可能需要尽量避免反射的调用， 比如对json数据的unmarshal， easyjson就通过生成器的方式，避免使用反射。

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func (v *Student) UnmarshalJSON(data []byte) error {
	r := jlexer.Lexer{Data: data}
	easyjson4a74e62dDecodeGitABCReflect(&r, v)
	return r.Error()
}
func (v *Student) UnmarshalEasyJSON(l *jlexer.Lexer) {
	easyjson4a74e62dDecodeGitABCReflect(l, v)
}
func easyjson4a74e62dDecodeGitABCReflect(in *jlexer.Lexer, out *Student) {
	isTopLevel := in.IsStart()
	if in.IsNull() {
		if isTopLevel {
			in.Consumed()
		}
		in.Skip()
		return
	}
	in.Delim('{')
	for !in.IsDelim('}') {
		key := in.UnsafeString()
		in.WantColon()
		if in.IsNull() {
			in.Skip()
			in.WantComma()
			continue
		}
		switch key {
		case "Name":
			out.Name = string(in.String())
		case "Age":
			out.Age = int(in.Int())
		case "Class":
			out.Class = string(in.String())
		case "Score":
			out.Score = int(in.Int())
		default:
			in.SkipRecursive()
		}
		in.WantComma()
	}
	in.Delim('}')
	if isTopLevel {
		in.Consumed()
	}
}

其它的一些编解码库也提供了这种避免使用反射的方法来提高性能。

顺带测一下"装箱/拆箱"操作带来的性能影响

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func DirectInvoke(s *Student) {
	s.Name = "Jerry"
	s.Age = 18
	s.Class = "20005"
	s.Score = 100
}
func InterfaceInvoke(i interface{}) {
	s := i.(*Student)
	s.Name = "Jerry"
	s.Age = 18
	s.Class = "20005"
	s.Score = 100
}
func BenchmarkDirectInvoke(b *testing.B) {
	s := new(Student)
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		DirectInvoke(s)
	}
	_ = s
}
func BenchmarkInterfaceInvoke(b *testing.B) {
	s := new(Student)
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		InterfaceInvoke(s)
	}
	_ = s
}

测试结果:

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BenchmarkDirectInvoke-4              	300000000	         5.60 ns/op	       0 B/op	       0 allocs/op
BenchmarkInterfaceInvoke-4           	200000000	         6.64 ns/op	       0 B/op	       0 allocs/op

可以看到将具体对象转换成 interface{}(以及反向操作)确实回带来一点点性能的影响，不过看起来影响倒不是很大。