Сообщений 14    Оценка 426        Оценить

Скорость Reflection .Net

Сравнение быстродействия различных способов получения данных из объектов в .Net

Автор: Михаил Полюдов
Источник: RSDN Magazine #5-2003

Опубликовано: 11.04.2004
Исправлено: 13.03.2005
Версия текста: 1.0

Введение Описание тестов Тестовый класс Исходный код тестов Циклы Direct Switch Reflection Оптимизация №1 Оптимизация №2 Оптимизация №3 «по Владу» Оптимизация №4 «по Владу с изменениями от автора» Reflection Direct («Влад, Андрей и другие») Reflection Indirect «Влад, Андрей и автор» Результаты тестов Таблица результатов Графики Итоги

Плавно, Ускоренно,
Быстро, Быстрее, 
Быстро, как только можете, 
Быстрее, Еще быстрее…
Записки на нотах.

Код к статье

Введение

Перед программистом зачастую стоит задача получения информации из объектов «по имени», то есть получения информации через имя свойства, которое неизвестно заранее, либо задано каким-либо атрибутом. Примером может служить DataBinding, который активно используется визуальными control-ами из пространства имен System.Windows.Forms, входящего в состав .Net Framework.

Данная статья написана с целью сравнения быстродействия различных способов получения данных из объектов «по имени свойства» с быстродействием прямого доступа к свойствам объекта.

Описание тестов

Для тестов было написано простейшее приложение с одной формой (проект – Windows Application). В качестве языка программирования выбран язык C#.

Для получения более-менее адекватных результатов использовалось четыре прохода, в которых производилось 1 000, 10 000, 100 000 и 1 000 000 итераций для каждого метода получения данных.

Все тесты производились на компьютере Pentium IV 1600 MHz, 512 MB RAM (DDR 266), Windows XP Corporate Final (Service Pack 1).

Тестовый класс

Ниже приведен и последовательно описан код класса, который используется для тестирования, и атрибута, который использовался для того, чтобы указывать отображаемые имена.

Атрибут:

[AttributeUsage(AttributeTargets.Property)]
class DispNameAttribute: Attribute
{
  private string _displayName;
  public string DisplayName
  {
    get { return _displayName; }
  }
  public DispNameAttribute(string DisplayName)
  {
    _displayName = DisplayName;
  }
}

Тестовый класс:

class TestClass
{
  [DispName("Целое")]
  public int IntValue
  {
    get { return 1;}
  }
  [DispName("Строка")]
  public string StringValue
  {
    get { return "Строка!"; }
  }

  [DispName("Дата")]
  public DateTime DateValue
  {
    get { return DateTime.Now.Date; }
  }
}

Итак, мы имеем класс, у которого есть 3 свойства. У этих свойств есть следующие параметры:

Кроме того, мы будем использовать разнообразные методы доступа к свойствам. В случаях, когда мне нужно описать подобный способ доступа к какому-либо объекту, я обычно использую одну из наиболее интересных особенностей языка программирования C# – индексеры. Но в нашем случае имеется небольшая проблема – C# не позволяет (в отличие от Delphi) иметь именованные индексеры, а описание нескольких индексеров с одинаковой сигнатурой – это неправильно. Поэтому мы «обманем» C# и опишем несколько индексеров, у которых просто будем добавлять «лишние» параметры типа int, которые не будут нигде использоваться и, наверняка, будут оптимизированы компилятором (на месте компилятора я именно так и поступил бы). Данное добавление int’ов сделает сигнатуры индексеров разными и позволит иметь один тестовый класс вместо шести. Конечно, можно было использовать вместо индексеров методы, но мне индексеры нравятся больше :)

Итак, далее следуют описания способов доступа к свойствам:

Теперь – код тестов.

Исходный код тестов

Циклы

Все циклы, которые использованы в данном примере, выглядят абсолютно одинаково:

PerfCounter pc = new PerfCounter();
pc.Start();
for (int i = 0; i < _iterationCount; i++)
{
  // Здесь – обращение к данным
}
float FinishTime = pc.Finish();

PerfCounter – класс (если быть точным – структура), позволяющий производить точное измерение времени выполнения участков кода. Для измерения времени этот класс использует функции WinAPI QueryPerformanceCounter и QueryPerformanceFrequency. Его код можно найти на нашем сайте (http://www.rsdn.ru/forum/Message.aspx?mid=249579&only=1).

FinishTime – переменная, отвечающая за хранение времени выполнения одного конкретного теста. Соответственно, эти переменные имеют имена вида FinishXXX, где XXX – число от 1 до 9, по количеству тестов.

Direct

Для данного способа есть только код цикла:

// Алгоритм не может поддерживать работу с DisplayName'ами, так что...
int ti = t.IntValue;
string si = t.StringValue;
DateTime di = t.DateValue;
// ...просто повторим тест два раза
int ti2 = t.IntValue;
string si2 = t.StringValue;
DateTime di2 = t.DateValue;

С этим способом, в общем-то, все ясно. Данный тест выполняется исключительно для того, чтобы получить «эталонное» значение для сравнения с остальными способами получения данных.

Switch

Для этого теста используется индексер:

public object this[string pName]
{
  get
  {
    switch (pName)
    {
      case "Целое":
      case "IntValue":
      {
        return IntValue;
      }
      case "Строка":
      case "StringValue":
      {
        return StringValue;
      }
      case "Дата":
      case "DateValue":
      {
        return DateValue;
      }
    }
    return null;
  }
}

Данный код просто делает switch по имени свойства и возвращает значение соответствующего свойства.

И, соответственно, другой тип цикла:

// Сначала - по реальным именам
int ti = (int)t["IntValue"];
string si = (string)t["StringValue"];
DateTime di = (DateTime)t["DateValue"];
// А теперь - по именам, которые заданы через атрибут
int ti2 = (int)t["Целое"];
string si2 = (string)t["Строка"];
DateTime di2 = (DateTime)t["Дата"];

Я думаю, без излишних комментариев понятно, что делает этот код.

Reflection

Тот самый «деревянный» способ:

public object this[string pName]
{
  get 
  {
    PropertyInfo []pis = ObjType.GetProperties();
    foreach (PropertyInfo pi in pis)
    {
      object []attrs = 
        pi.GetCustomAttributes(typeof(DispNameAttribute), true);
      if (attrs.Length == 0)
        continue;
      if (pi.Name == pName)
        return pi.GetValue(this, new object[0]);
      else 
        for (int i = 0; i < attrs.Length; i++) 
        {  
          if (((DispNameAttribute)attrs[i]).DisplayName == pName)
          {
            return pi.GetValue(this, new object[0]);
          }
        }
    }
    return null;
  }
}

Данный алгоритм просто перебирает все описания свойств и проверяет, не найдено ли нужное свойство.

Оптимизация №1

Объявление дополнительных полей:

Hashtable optimize1 = new Hashtable();
public Type ObjType = null;

Код, добавляемый в конструктор:

ObjType = GetType();
PropertyInfo []pis = ObjType.GetProperties();
foreach (PropertyInfo pi in pis)
{
  object []attrs = pi.GetCustomAttributes(typeof(DispNameAttribute), true);
  if (attrs.Length == 0)
    continue;
  optimize1.Add(pi.Name, pi);
  foreach (DispNameAttribute attr in attrs)
  {
    if (optimize1[attr.DisplayName] != pi) 
      optimize1.Add(attr.DisplayName, pi);
  }
}

Этот код сканирует описания всех свойств по тому же алгоритму, что и предыдущий, и заносит в хэш-таблицу объект PropertyInfo для свойств, которые удовлетворяют нашим условиям.

Код индексера:

public object this[string pName]
{
  get 
  {
    PropertyInfo pi = (PropertyInfo)optimize1[pName];
    if (pi == null)
      return null;
    else
      return pi.GetValue(this, new object[0]);
  }
}

Данный код просто ищет в хэш-таблице соответствующий объект PropertyInfo и получает значение свойства.

Цикл – стандартный для отображаемых имен.

Оптимизация №2

Этот способ – некая комбинация предыдущего и switch-способов.

В конструктор внесены небольшие изменения:

optimize2["IntValue"] = 0;
optimize2["Целое"] = 0;
optimize2["StringValue"] = 1;
optimize2["Строка"] = 1;
optimize2["DateValue"] = 2;
optimize2["Дата"] = 2;

А индексер теперь выглядит следующим образом:

public object this[string pName]
{
  get 
  {
    object idx = (int)optimize2[pName];
    if ( idx == null )
      return null;
    switch ((int)idx)
    {
      case 0:
        return IntValue;
      case 1:
        return StringValue;
      case 2:
        return DateValue;
    }
    return null;
  }
}

Объяснять особо нечего – строим хэш-таблицу, по индексам из нее делаем switch. Владислав Чистяков и Андрей Корявченко, рецензировавшие данную статью, предполагали, что switch по строкам медленнее, чем по целочисленым типам, я полагаю так же, но пока ещё неизвестно, покроет ли ускорение switch'а замедление от использования хэш-таблицы.

Оптимизация №3 «по Владу»

Как я уже писал, этот способ получения данных предложил Владислав Чистяков, я его лишь слегка изменил (адаптировал под различные типы данных).

Суть этого метода заключается в том, что можно создать делегат, обработчиком которого будет метод чтения соответствующего свойства. Способ весьма интересный, и (забегая вперед) самый близкий по времени выполнения к прямому доступу.

Итак, объявления делегатов:

delegate int GetInt();
delegate string GetString();
delegate DateTime GetDateTime();

Индексера у этого способа нет.

Текст инициализации перед циклом:

GetInt getInt = (GetInt)Delegate.CreateDelegate(typeof(GetInt), t,
  "get_IntValue");
GetString getString = (GetString)Delegate.CreateDelegate(typeof(GetString), 
  t, "get_StringValue");
GetDateTime getDate=(GetDateTime)Delegate.
  CreateDelegate(typeof(GetDateTime),t, "get_DateValue");

Текст цикла:

// Алгоритм не может поддерживать работу с DispName, так что...
int ti = getInt();
string si = getString();
DateTime di = getDate();
// Повторим тест два раза
int ti2 = getInt();
string si2 = getString();
DateTime di2 = getDate();

Ну, здесь опять все понятно…

Оптимизация №4 «по Владу с изменениями от автора»

Попробуем устранить недостаток предыдущего алгоритма, заключающийся в отсутствии индексера.

Добавления в конструктор:

foreach (PropertyInfo pi in pis)
{
  object []attrs = pi.GetCustomAttributes(typeof(DispNameAttribute), true);
  if (attrs.Length == 0)
    continue;
  optimize1.Add(pi.Name, pi);
  Type delegateType = typeof(GetInt);
  switch (pi.PropertyType.Name)
  {
    case "string":
    case "String":
    {
      delegateType = typeof(GetString);
      break;
    }
    case "DateTime":
    {
      delegateType = typeof(GetDateTime);
      break;
    }
  }
  Delegate del=Delegate.CreateDelegate(delegateType, this, "get_" + pi.Name);
  optimize3.Add(pi.Name, del);
  foreach (DispNameAttribute attr in attrs)
  {
    if (optimize1[attr.DisplayName] != pi) 
    {
      optimize1.Add(attr.DisplayName, pi);
      optimize3.Add(attr.DisplayName, del);
    }
  }
}

Для каждого свойства, которое можно обрабатывать нашим способом, мы создаем делегат соответствующего типа.

Индексер, соответственно, выглядит так:

public object this[string pName]
{
  get 
  {
    Delegate del = (Delegate)optimize3[pName];
    if (del == null)
      return null;
    else
      return del.DynamicInvoke(new object[0]);
  }
}

Здесь все просто - получаем делегат и запрашиваем значение.

Reflection Direct («Влад, Андрей и другие»)

Данный тест использует Reflection «напрямую».

Используется только цикл:

// Алгоритм не может поддерживать работу с DisplayName, так что...
int ti = (int)t.ObjType.GetProperty("IntValue").GetValue(t, new object[0]);
string si = (string)t.ObjType.GetProperty("StringValue").GetValue(t,
  new object[0]);
DateTime di = (DateTime)t.ObjType.GetProperty("DateValue").GetValue(t,
  new object[0]);
// Повторим тест два раза
int ti2 = (int)t.ObjType.GetProperty("IntValue").GetValue(t, new object[0]);
string si2 = (string)t.ObjType.GetProperty("StringValue").GetValue(t,
  new object[0]);
DateTime di2 = (DateTime)t.ObjType.GetProperty("DateValue").GetValue(t,
  new object[0]);

Опять все просто – берем описание свойства по имени и получаем значение.

Reflection Indirect «Влад, Андрей и автор»

То же самое, что и предыдущий способ, но код оформлен в индексер. Сделано исключительно из желания померить накладные расходы на вызов индексера, ну и чтобы последнее слово оставить за собой. :-)

Код индексера:

public object this[string pName]
{
  get 
  {
    PropertyInfo pi = ObjType.GetProperty(pName);
    return pi.GetValue(this, new object[0]);
  }
}

И код цикла:

// Алгоритм не может поддерживать работу с DisplayName'ами, так что...
int ti = (int)t[0, 0, 0, 0, 0, "IntValue"];
string si = (string)t[0, 0, 0, 0, 0, "StringValue"];
DateTime di = (DateTime)t[0, 0, 0, 0, 0, "DateValue"];
// Повторим тест два раза
int ti2 = (int)t[0, 0, 0, 0, 0, "IntValue"];
string si2 = (string)t[0, 0, 0, 0, 0, "StringValue"];
DateTime di2 = (DateTime)t[0, 0, 0, 0, 0, "DateValue"];

Ну, вот и все.

Результаты тестов

Таблица результатов

Графики

График с линейной шкалой времени. Показывает отношение времени, необходимого для выполнения той или иной операции, но рост времени отображается не совсем верно по причине нелинейности роста количества итераций в нашем тесте.

А вот этот график совсем не показывает отношения времени выполнения различных операций, зато показывает темпы роста времени операции в зависимости от количества итераций.

Итоги

Итак, подведем итоги.

Мы проверили восемь способов получения данных из объектов в .Net Framework и сравнили их быстродействие с быстродействием прямых обращений к свойствам.

Результаты вполне утешают:

1. Мы имеем очень быстрый способ обращения к данным объекта «через Reflection» – используя оригинальные имена свойств (способ от Владислава Чистякова). Как видно из следующего за ним способа, вполне возможно его использовать, не «закладывая» класс объекта на этапе компиляции.
2. Мы имеем два достаточно быстрых способа обращения к данным по «ненастоящим именам» (Switch и оптимизированый Switch). Неоптимизированый способ хорош тем, что не требует наличия дополнительной памяти на каждый экземпляр объекта (в принципе, можно побороть и это, сделав фабрику хэш-таблиц, к которой нужно обращаться в момент создания объекта. Тогда и второй способ будет иметь минимальные затраты «лишней» памяти.
3. Мы точно знаем, какими способами для доступа к данным пользоваться не нужно, например, прямой работой с Reflection.

Самое главное, мы теперь знаем, что есть способы использования технологии Reflection, достаточно быстрые для применения в интерактивных приложениях.

Сообщений 14    Оценка 426        Оценить