.NET中创建对象的几种方式和对比

上山打老虎

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• 使用标准反射的 Invoke 方法
  
• 使用 Activator.CreateInstance
  
• 使用 Microsoft.Extensions.DependencyInjection
  
• Natasha
  
• 使用表达式 Expression
  
• 使用 Emit
  
• 基准测试
  
• 相关链接
  

在 .net 中，创建一个对象最简单的方法是直接使用 new (), 在实际的项目中，我们可能还会用到反射的方法来创建对象，如果你看过 Microsoft.Extensions.DependencyInjection 的源码，你会发现，为了保证在不同场景中的兼容性和性能，内部使用了多种反射机制。在本文中，我对比了常见的几种反射的方法，介绍了它们分别应该如何使用，每种的简易度和灵活度，然后做了基准测试，一起看看这之间的性能差距。
我按照使用的简易度和灵活度，做了下边的排序，可能还有一些其他的反射方式，比如 Source Generators，本文中只针对以下几种进行测试。

   

• 直接调用 ConstructorInfo 对象的Invoke()方法   
  
• 使用 Activator.CreateInstance()   
  
• 使用 Microsoft.Extensions.DependencyInjection   
  
• 黑科技 Natasha   
  
• 使用表达式 Expression   
  
• 使用 Reflection.Emit 创建动态方法
  

使用标准反射的 Invoke 方法

Type typeToCreate = typeof(Employee);
ConstructorInfo ctor = typeToCreate.GetConstructor(System.Type.EmptyTypes);
Employee employee = ctor.Invoke(null) as Employee;

第一步是通过 typeof() 获取对象的类型，你也可以通过 GetType 的方式，然后调用 GetConstructor 方法，传入 System.Type.EmptyTypes 参数，实际上它是一个空数组 (new Type[0]), 返回 ConstructorInfo对象, 然后调用 Invoke 方法，会返回一个 Employee 对象。
这是使用反射的最简单和最灵活的方法之一，因为可以使用类似的方法来调用对象的方法、接口和属性等，但是这个也是最慢的反射方法之一。

使用 Activator.CreateInstance

如果你需要创建对象的话，在.NET Framework 和 .NET Core 中正好有一个专门为此设计的静态类，System.Activator, 使用方法非常的简单，还可以使用泛型，而且你还可以传入其他的参数。

Employee employee = Activator.CreateInstance<Employee>();

使用 Microsoft.Extensions.DependencyInjection

接下来就是在.NET Core 中很熟悉的 IOC 容器，Microsoft.Extensions.DependencyInjection，把类型注册到容器中后，然后我们使用 IServiceProvider 来获取对象，这里我使用了 Transient 的生命周期，保证每次都会创建一个新的对象

IServiceCollection services = new ServiceCollection();
services.AddTransient<Employee>();
IServiceProvider provider = services.BuildServiceProvider();
Employee employee = provider.GetService<Employee>();

Natasha

Natasha 是基于 Roslyn 开发的动态程序集构建库，直观和流畅的 Fluent API 设计，通过 roslyn 的强大赋能, 可以在程序运行时创建代码，包括 程序集、类、结构体、枚举、接口、方法等, 用来增加新的功能和模块，这里我们用 NInstance 来创建对象。

// Natasha 初始化
NatashaInitializer.Initialize();
Employee employee = Natasha.CSharp.NInstance.Creator<Employee>().Invoke();

使用表达式 Expression

表达式 Expression 其实也已经存在很长时间了，在 System.Linq.Expressions 命名空间下， 并且是各种其他功能 (LINQ) 和库(EF Core) 不可或缺的一部分，在许多方面，它类似于反射，因为它们允许在运行时操作代码。

NewExpression constructorExpression = Expression.New(typeof(Employee));
Expression<Func<Employee>> lambdaExpression = Expression.Lambda<Func<Employee>>(constructorExpression);
Func<Employee> func = lambdaExpression.Compile();
Employee employee = func();

表达式提供了一种用于声明式代码的高级语言，前两行创建了的表达式， 等价于 () => new Employee()，然后调用 Compile 方法得到一个 Func<> 的委托，最后调用这个 Func 返回一个Employee对象

使用 Emit

Emit 主要在 System.Reflection.Emit 命名空间下，这些方法允许我们在程序中直接创建 IL (中间代码) 代码，IL 代码是指编译器在编译程序时输出的 "伪汇编代码", 也就是编译后的dll，当程序运行的时候，.NET CLR 中的 JIT编译器 将这些 IL 指令转换为真正的汇编代码。
接下来，需要在运行时创建一个新的方法，很简单，没有参数，只是创建一个Employee对象然后直接返回

Employee DynamicMethod()
{
  return new Employee();
}

这里主要使用到了 System.Reflection.Emit.DynamicMethod 动态创建方法

DynamicMethod dynamic = new("DynamicMethod", typeof(Employee), null, typeof(ReflectionBenchmarks).Module, false);

创建了一个 DynamicMethod 对象，然后指定了方法名，返回值，方法的参数和所在的模块，最后一个参数 false 表示不跳过 JIT 可见性检查。
我们现在有了方法签名，但是还没有方法体，还需要填充方法体，这里需要C#代码转换成 IL代码，实际上它是这样的

IL_0000: newobj instance void Employee::.ctor()
IL_0005: ret

你可以访问这个站点，它可以很方便的把C#转换成IL代码，https://sharplab.io/
然后使用 ILGenerator 来操作IL代码, 然后创建一个 Func<> 的委托, 最后执行该委托返回一个 Employee 对象

ConstructorInfor ctor = typeToCreate.GetConstructor(System.Type.EmptyTypes);
ILGenerator il = createHeadersMethod.GetILGenerator();
il.Emit(OpCodes.Newobj, Ctor);
il.Emit(OpCodes.Ret);
Func<Employee> emitActivator = dynamic.CreateDelegate(typeof(Func<Employee>)) as Func<Employee>;
Employee employee = emitActivator();

基准测试

上面我介绍了几种创建对象的方式，现在我开始使用 BenchmarkDotNet 进行基准测试，我也把 new Employee() 直接创建的方式加到测试列表中，并用它作为 "基线"，来并比较其他的每种方法，同时我把一些方法的预热操作，放到了构造函数中一次执行，最终的代码如下

using BenchmarkDotNet.Attributes;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using System;
using System.Linq.Expressions;
using System.Reflection;
using System.Reflection.Emit;
namespace ReflectionBenchConsoleApp
{
  public class Employee { }
  public class ReflectionBenchmarks
  { 
    private readonly ConstructorInfo _ctor;
    private readonly IServiceProvider _provider;
    private readonly Func<Employee> _expressionActivator;
    private readonly Func<Employee> _emitActivator;
    private readonly Func<Employee> _natashaActivator;
    
    public ReflectionBenchmarks()
    { 
      _ctor = typeof(Employee).GetConstructor(Type.EmptyTypes); 
      _provider = new ServiceCollection().AddTransient<Employee>().BuildServiceProvider(); 
      NatashaInitializer.Initialize();
      _natashaActivator = Natasha.CSharp.NInstance.Creator<Employee>();

      _expressionActivator = Expression.Lambda<Func<Employee>>(Expression.New(typeof(Employee))).Compile(); 
      DynamicMethod dynamic = new("DynamicMethod", typeof(Employee), null, typeof(ReflectionBenchmarks).Module, false);  
      ILGenerator il = dynamic.GetILGenerator();
      il.Emit(OpCodes.Newobj, typeof(Employee).GetConstructor(System.Type.EmptyTypes));
      il.Emit(OpCodes.Ret); 
      _emitActivator = dynamic.CreateDelegate(typeof(Func<Employee>)) as Func<Employee>;  
     
    }  
    [Benchmark(Baseline = true)]
    public Employee UseNew() => new Employee(); 
    [Benchmark]
    public Employee UseReflection() => _ctor.Invoke(null) as Employee;
    [Benchmark]
    public Employee UseActivator() => Activator.CreateInstance<Employee>();  
    [Benchmark]
    public Employee UseDependencyInjection() => _provider.GetRequiredService<Employee>();

    [Benchmark]
    public Employee UseNatasha() => _natashaActivator();

    [Benchmark]
    public Employee UseExpression() => _expressionActivator(); 

    [Benchmark]
    public Employee UseEmit() => _emitActivator(); 

  }  
}

接下来，还修改 Program.cs，注意这里需要在 Release 模式下运行测试

using BenchmarkDotNet.Running; 
namespace ReflectionBenchConsoleApp
{
  public class Program
  {
    public static void Main(string[] args)
    { 
      var sumary = BenchmarkRunner.Run<ReflectionBenchmarks>();
    }
  } 
   
}

测试结果

这里的环境是 .NET 6 preview5, 使用标准反射的 Invoke() 方法虽然简单，但它是最慢的一种，使用 Activator.CreateInstance() 和 Microsoft.Extensions.DependencyInjection() 的时间差不多，时间是直接 new 创建的16倍，使用表达式 Expression 表现最优秀，Natasha 真是黑科技，比用Emit 还快了一点，使用Emit 是直接 new 创建的时间的1.8倍。你应该发现了各种方式之间的差距，但是需要注意的是这里是 ns 纳秒，一纳秒是一秒的十亿分之一。
这里简单对比了几种创建对象的方法，测试的结果也可能不是特别准确，有兴趣的还可以在 .net framework 上面进行测试，希望对您有用！

相关链接
https://andrewlock.net/benchmarking-4-reflection-methods-for-calling-a-constructor-in-dotnet/
https://github.com/dotnetcore/Natasha
到此这篇关于.NET中创建对象的几种方式和对比的文章就介绍到这了,更多相关.NET 创建对象内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！