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Golang?中反射的應(yīng)用實(shí)例詳解_Golang

作者：字節(jié)跳動(dòng)技術(shù)團(tuán)隊(duì) ? 更新時(shí)間： 2022-10-22 編程語(yǔ)言

引言

首先來(lái)一段簡(jiǎn)單的代碼邏輯熱身，下面的代碼大家覺(jué)得應(yīng)該會(huì)打印什么呢？

type OKR struct {
   id      int
   content string
}
func getOkrDetail(ctx context.Context, okrId int) (*OKR, *okrErr.OkrErr) {
   return &OKR{id: okrId, content: fmt.Sprint(rand.Int63())}, nil
}
func getOkrDetailV2(ctx context.Context, okrId int) (*OKR, okrErr.OkrError) {
   if okrId == 2{
      return nil, okrErr.OKRNotFoundError
   }
   return &OKR{id: okrId, content: fmt.Sprint(rand.Int63())}, nil
}
func paperOkrId(ctx context.Context) (int, error){
   return 1, nil
}
func Test001(ctx context.Context) () {
   var okr *OKR
   okrId, err := paperOkrId(ctx)
   if err != nil{
      fmt.Println("####   111   ####")
   }
   okr, err = getOkrDetail(ctx, okrId)
   if err != nil {
      fmt.Println("####   222   ####")
   }
   okr, err = getOkrDetailV2(ctx, okrId)
   if err != nil {
      fmt.Println("####   333   ####")
   }
   okr, err = getOkrDetailV2(ctx, okrId + 1)
   if err != nil {
      fmt.Println("####   444   ####")
   }
   fmt.Println("####   555   ####")
   fmt.Printf("%v", okr)
}
func main() {
   Test001(context.Background())
}

Golang類型設(shè)計(jì)原則

在講反射之前，先來(lái)看看 Golang 關(guān)于類型設(shè)計(jì)的一些原則

  • 在 Golang 中變量包括（type, value）兩部分
  • 理解這一點(diǎn)就能解決上面的簡(jiǎn)單問(wèn)題了
  • type 包括 static type 和 concrete type. 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō) static type 是你在編碼是看見(jiàn)的類型(如 int、string)，concrete type 是 runtime 系統(tǒng)看見(jiàn)的類型。類型斷言能否成功，取決于變量的 concrete type，而不是 static type.

接下來(lái)要說(shuō)的反射，就是能夠在運(yùn)行時(shí)更新變量和檢查變量的值、調(diào)用變量的方法和變量支持的內(nèi)在操作，而不需要在編譯時(shí)就知道這些變量的具體類型。這種機(jī)制被稱為反射。Golang 的基礎(chǔ)類型是靜態(tài)的（也就是指定 int、string 這些的變量，它的 type 是 static type），在創(chuàng)建變量的時(shí)候就已經(jīng)確定，反射主要與 Golang 的 interface 類型相關(guān)（它的 type 是 concrete type），只有運(yùn)行時(shí) interface 類型才有反射一說(shuō)。

Golang 中為什么要使用反射/什么場(chǎng)景可以（應(yīng)該）使用反射

當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，?我們獲取到一個(gè) interface 變量， 程序應(yīng)該如何知道當(dāng)前變量的類型，和當(dāng)前變量的值呢？

當(dāng)然我們可以有預(yù)先定義好的指定類型， 但是如果有一個(gè)場(chǎng)景是我們需要編寫一個(gè)函數(shù)，能夠處理一類共性邏輯的場(chǎng)景，但是輸入類型很多，或者根本不知道接收參數(shù)的類型是什么，或者可能是沒(méi)約定好；

也可能是傳入的類型很多，這些類型并不能統(tǒng)一表示。

這時(shí)反射就會(huì)用的上了，典型的例子如：json.Marshal。

再比如說(shuō)有時(shí)候需要根據(jù)某些條件決定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)，比如根據(jù)用戶的輸入來(lái)決定。這時(shí)就需要對(duì)函數(shù)和函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行反射，在運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)地執(zhí)行函數(shù)。

舉例場(chǎng)景：

比如我們需要將一個(gè) struct 執(zhí)行某種操作（用格式化打印代替），這種場(chǎng)景下我們有多種方式可以實(shí)現(xiàn)，比較簡(jiǎn)單的方式是：switch case

func Sprint(x interface{}) string {
    type stringer interface {
        String() string
    }
    switch x := x.(type) {
    case stringer:
        return x.String()
    case string:
        return x
    case int:
        return strconv.Itoa(x)
    // int16, uint32...
    case bool:
        if x {
            return "true"
        }
        return "false"
    default:
        return "wrong parameter type"
    }
}
type permissionType int64

但是這種簡(jiǎn)單的方法存在一個(gè)問(wèn)題， 當(dāng)增加一個(gè)場(chǎng)景時(shí)，比如需要對(duì) slice 支持，則需要在增加一個(gè)分支，這種增加是無(wú)窮無(wú)盡的，每當(dāng)我需要支持一種類型，哪怕是自定義類型， 本質(zhì)上是 int64 也仍然需要增加一個(gè)分支。

反射的基本用法

在 Golang 中為我們提供了兩個(gè)方法，分別是 reflect.ValueOf ?和 reflect.TypeOf，見(jiàn)名知意這兩個(gè)方法分別能幫我們獲取到對(duì)象的值和類型。Valueof 返回的是 Reflect.Value 對(duì)象，是一個(gè) struct,而 typeof 返回的是 Reflect.Type 是一個(gè)接口。我們只需要簡(jiǎn)單的使用這兩個(gè)進(jìn)行組合就可以完成多種功能。

type GetOkrDetailResp struct {
   OkrId   int64
   UInfo   *UserInfo
   ObjList []*ObjInfo
}
type ObjInfo struct {
   ObjId int64
   Content string
}
type UserInfo struct {
   Name         string
   Age          int
   IsLeader     bool
   Salary       float64
   privateFiled int
}
// 利用反射創(chuàng)建struct
func NewUserInfoByReflect(req interface{})*UserInfo{
  if req == nil{
    return nil
  }
   reqType :=reflect.TypeOf(req)
  if reqType.Kind() == reflect.Ptr{
      reqType = reqType.Elem()
   }
   return reflect.New(reqType).Interface().(*UserInfo)
}
// 修改struct 字段值
func ModifyOkrDetailRespData(req interface{}) {
   reqValue :=reflect.ValueOf(req).Elem()
   fmt.Println(reqValue.CanSet())
   uType := reqValue.FieldByName("UInfo").Type().Elem()
   fmt.Println(uType)
   uInfo := reflect.New(uType)
   reqValue.FieldByName("UInfo").Set(uInfo)
}
// 讀取 struct 字段值，并根據(jù)條件進(jìn)行過(guò)濾
func FilterOkrRespData(reqData interface{}, objId int64){
// 首先獲取req中obj slice 的value
for i := 0 ; i < reflect.ValueOf(reqData).Elem().NumField(); i++{
      fieldValue := reflect.ValueOf(reqData).Elem().Field(i)
if fieldValue.Kind() != reflect.Slice{
continue
      }
      fieldType := fieldValue.Type() // []*ObjInfo
      sliceType := fieldType.Elem() // *ObjInfo
      slicePtr := reflect.New(reflect.SliceOf(sliceType)) // 創(chuàng)建一個(gè)指向 slice 的指針
      slice := slicePtr.Elem()
      slice.Set(reflect.MakeSlice(reflect.SliceOf(sliceType), 0, 0))  // 將這個(gè)指針指向新創(chuàng)建slice
// 過(guò)濾所有objId == 當(dāng)前objId 的struct
for i := 0 ;i < fieldValue.Len(); i++{
if fieldValue.Index(i).Elem().FieldByName("ObjId").Int() != objId {
continue
         }
         slice = reflect.Append(slice, fieldValue.Index(i))
      }
// 將resp 的當(dāng)前字段設(shè)置為過(guò)濾后的slice
      fieldValue.Set(slice)
   }
}
func Test003(){
// 利用反射創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象
var uInfo *UserInfo
   uInfo = NewUserInfoByReflect(uInfo)
   uInfo = NewUserInfoByReflect((*UserInfo)(nil))
// 修改resp 返回值里面的 user info 字段（初始化）
   reqData1 := new(GetOkrDetailResp)
   fmt.Println(reqData1.UInfo)
   ModifyOkrDetailRespData(reqData1)
   fmt.Println(reqData1.UInfo)
// 構(gòu)建請(qǐng)求參數(shù)
   reqData := &GetOkrDetailResp{OkrId: 123}
   for i := 0; i < 10; i++{
      reqData.ObjList = append(reqData.ObjList, &ObjInfo{ObjId: int64(i), Content: fmt.Sprint(i)})
   }
// 輸出過(guò)濾前結(jié)果
   fmt.Println(reqData)
// 對(duì)respData進(jìn)行過(guò)濾操作
   FilterOkrRespData(reqData, 6)
// 輸出過(guò)濾后結(jié)果
   fmt.Println(reqData)
}

反射的性能分析與優(yōu)缺點(diǎn)

大家都或多或少聽(tīng)說(shuō)過(guò)反射性能偏低，使用反射要比正常調(diào)用要低幾倍到數(shù)十倍，不知道大家有沒(méi)有思考過(guò)反射性能都低在哪些方面，我先做一個(gè)簡(jiǎn)單分析，通過(guò)反射在獲取或者修改值內(nèi)容時(shí)，多了幾次內(nèi)存引用，多繞了幾次彎，肯定沒(méi)有直接調(diào)用某個(gè)值來(lái)的迅速，這個(gè)是反射帶來(lái)的固定性能損失，還有一方面的性能損失在于，結(jié)構(gòu)體類型字段比較多時(shí)，要進(jìn)行遍歷匹配才能獲取對(duì)應(yīng)的內(nèi)容。

下面就根據(jù)反射具體示例來(lái)分析性能：

測(cè)試反射結(jié)構(gòu)體初始化

// 測(cè)試結(jié)構(gòu)體初始化的反射性能
func Benchmark_Reflect_New(b *testing.B) {
   var tf *TestReflectField
   t := reflect.TypeOf(TestReflectField{})
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      tf = reflect.New(t).Interface().(*TestReflectField)
   }
   _ = tf
}
// 測(cè)試結(jié)構(gòu)體初始化的性能
func Benchmark_New(b *testing.B) {
   var tf *TestReflectField
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      tf = new(TestReflectField)
   }
   _ = tf
}

運(yùn)行結(jié)果：

可以看出，利用反射初始化結(jié)構(gòu)體和直接使用創(chuàng)建 new 結(jié)構(gòu)體是有性能差距的，但是差距不大，不到一倍的性能損耗，看起來(lái)對(duì)于性能來(lái)說(shuō)損耗不是很大，可以接受。

測(cè)試結(jié)構(gòu)體字段讀取/賦值

// ---------    ------------  字段讀  ----------- ----------- -----------
// 測(cè)試反射讀取結(jié)構(gòu)體字段值的性能
func Benchmark_Reflect_GetField(b *testing.B) {
   var tf = new(TestReflectField)
   var r int64
   temp := reflect.ValueOf(tf).Elem()
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      r = temp.Field(1).Int()
   }
   _ = tf
   _ = r
}
// 測(cè)試反射讀取結(jié)構(gòu)體字段值的性能
func Benchmark_Reflect_GetFieldByName(b *testing.B) {
   var tf = new(TestReflectField)
   temp := reflect.ValueOf(tf).Elem()
   var r int64
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      r = temp.FieldByName("Age").Int()
   }
   _ = tf
   _ = r
}
// 測(cè)試結(jié)構(gòu)體字段讀取數(shù)據(jù)的性能
func Benchmark_GetField(b *testing.B) {
   var tf = new(TestReflectField)
   tf.Age = 1995
   var r int
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      r = tf.Age
   }
   _ = tf
   _ = r
}
// ---------    ------------  字段寫  ----------- ----------- -----------
// 測(cè)試反射設(shè)置結(jié)構(gòu)體字段的性能
func Benchmark_Reflect_Field(b *testing.B) {
   var tf = new(TestReflectField)
   temp := reflect.ValueOf(tf).Elem()
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      temp.Field(1).SetInt(int64(25))
   }
   _ = tf
}
// 測(cè)試反射設(shè)置結(jié)構(gòu)體字段的性能
func Benchmark_Reflect_FieldByName(b *testing.B) {
   var tf = new(TestReflectField)
   temp := reflect.ValueOf(tf).Elem()
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      temp.FieldByName("Age").SetInt(int64(25))
   }
   _ = tf
}
// 測(cè)試結(jié)構(gòu)體字段設(shè)置的性能
func Benchmark_Field(b *testing.B) {
   var tf = new(TestReflectField)
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      tf.Age = i
   }
   _ = tf
}

測(cè)試結(jié)果：

從上面可以看出，通過(guò)反射進(jìn)行 struct 字段讀取耗時(shí)是直接讀取耗時(shí)的百倍。直接對(duì)實(shí)例變量進(jìn)行賦值每次 0.5 ns，性能是通過(guò)反射操作實(shí)例指定位置字段的10 倍左右。

使用 FieldByName("Age") 方法性能比使用 Field(1) 方法性能要低十倍左右，看代碼的話我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ieldByName 是通過(guò)遍歷匹配所有的字段，然后比對(duì)字段名稱，來(lái)查詢其在結(jié)構(gòu)體中的位置，然后通過(guò)位置進(jìn)行賦值，所以性能要比直接使用 Field(index) 低上很多。

建議：

  • 如果不是必要盡量不要使用反射進(jìn)行操作，?使用反射時(shí)要評(píng)估好引入反射對(duì)接口性能的影響。
  • 減少使用 FieldByName 方法。在需要使用反射進(jìn)行成員變量訪問(wèn)的時(shí)候，盡可能的使用成員的序號(hào)。如果只知道成員變量的名稱的時(shí)候，看具體代碼的使用場(chǎng)景，如果可以在啟動(dòng)階段或在頻繁訪問(wèn)前，通過(guò) TypeOf() 、Type.FieldByName() 和 StructField.Index 得到成員的序號(hào)。注意這里需要的是使用的是 reflect.Type 而不是 reflect.Value，通過(guò) reflect.Value 是得不到字段名稱的。

測(cè)試結(jié)構(gòu)體方法調(diào)用

// 測(cè)試通過(guò)結(jié)構(gòu)體訪問(wèn)方法性能
func BenchmarkMethod(b *testing.B) {
   t := &TestReflectField{}
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      t.Func0()
   }
}
// 測(cè)試通過(guò)序號(hào)反射訪問(wèn)無(wú)參數(shù)方法性能
func BenchmarkReflectMethod(b *testing.B) {
   v := reflect.ValueOf(&TestReflectField{})
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      v.Method(0).Call(nil)
   }
}
// 測(cè)試通過(guò)名稱反射訪問(wèn)無(wú)參數(shù)方法性能
func BenchmarkReflectMethodByName(b *testing.B) {
   v := reflect.ValueOf(&TestReflectField{})
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      v.MethodByName("Func0").Call(nil)
   }
}
// 測(cè)試通過(guò)反射訪問(wèn)有參數(shù)方法性能
func BenchmarkReflectMethod_WithArgs(b *testing.B) {
   v := reflect.ValueOf(&TestReflectField{})
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      v.Method(1).Call([]reflect.Value{reflect.ValueOf(i)})
   }
}
// 測(cè)試通過(guò)反射訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體參數(shù)方法性能
func BenchmarkReflectMethod_WithArgs_Mul(b *testing.B) {
   v := reflect.ValueOf(&TestReflectField{})
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      v.Method(2).Call([]reflect.Value{reflect.ValueOf(TestReflectField{})})
   }
}
// 測(cè)試通過(guò)反射訪問(wèn)接口參數(shù)方法性能
func BenchmarkReflectMethod_WithArgs_Interface(b *testing.B) {
   v := reflect.ValueOf(&TestReflectField{})
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      var tf TestInterface = &TestReflectField{}
      v.Method(3).Call([]reflect.Value{reflect.ValueOf(tf)})
   }
}
// 測(cè)試訪問(wèn)多參數(shù)方法性能
func BenchmarkMethod_WithManyArgs(b *testing.B) {
   s := &TestReflectField{}
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      s.Func4(i, i, i, i, i, i)
   }
}
// 測(cè)試通過(guò)反射訪問(wèn)多參數(shù)方法性能
func BenchmarkReflectMethod_WithManyArgs(b *testing.B) {
   v := reflect.ValueOf(&TestReflectField{})
   va := make([]reflect.Value, 0)
   for i := 1; i <= 6; i++ {
      va = append(va, reflect.ValueOf(i))
   }
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      v.Method(4).Call(va)
   }
}
// 測(cè)試訪問(wèn)有返回值的方法性能
func BenchmarkMethod_WithResp(b *testing.B) {
   s := &TestReflectField{}
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      _ = s.Func5()
   }
}
// 測(cè)試通過(guò)反射訪問(wèn)有返回值的方法性能
func BenchmarkReflectMethod_WithResp(b *testing.B) {
   v := reflect.ValueOf(&TestReflectField{})
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      _ = v.Method(5).Call(nil)[0].Int()
   }
}

這個(gè)測(cè)試結(jié)果同上面的分析相同

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

  • 反射提高了程序的靈活性和擴(kuò)展性，降低耦合性，提高自適應(yīng)能力。
  • 合理利用反射可以減少重復(fù)代碼

缺點(diǎn)：

  • 與反射相關(guān)的代碼，經(jīng)常是難以閱讀的。在軟件工程中，代碼可讀性也是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。
  • Go 語(yǔ)言作為一門靜態(tài)語(yǔ)言，編碼過(guò)程中，編譯器能提前發(fā)現(xiàn)一些類型錯(cuò)誤，但是對(duì)于反射代碼是無(wú)能為力的。所以包含反射相關(guān)的代碼，很可能會(huì)運(yùn)行很久，才會(huì)出錯(cuò)，這時(shí)候經(jīng)常是直接 panic，可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果。
  • 反射對(duì)性能影響還是比較大的，比正常代碼運(yùn)行速度慢一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。所以，對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目中處于運(yùn)行效率關(guān)鍵位置的代碼，盡量避免使用反射特性。

反射在 okr 中的簡(jiǎn)單應(yīng)用

func OkrBaseMW(next endpoint.EndPoint) endpoint.EndPoint {
   return func(ctx context.Context, req interface{}) (resp interface{}, err error) {
      if req == nil {
         return next(ctx, req)
      }
      requestValue := reflect.ValueOf(req)
      // 若req為指針，則轉(zhuǎn)換為非指針值
      if requestValue.Type().Kind() == reflect.Ptr {
         requestValue = requestValue.Elem()
      }
      // 若req的值不是一個(gè)struct，則不注入
      if requestValue.Type().Kind() != reflect.Struct {
         return next(ctx, req)
      }
      if requestValue.IsValid() {
         okrBaseValue := requestValue.FieldByName("OkrBase")
         if okrBaseValue.IsValid() &amp;&amp; okrBaseValue.Type().Kind() == reflect.Ptr {
            okrBase, ok := okrBaseValue.Interface().(*okrx.OkrBase)
            if ok {
               ctx = contextWithUserInfo(ctx, okrBase)
               ctx = contextWithLocaleInfo(ctx, okrBase)
               ctx = contextWithUserAgent(ctx, okrBase)
               ctx = contextWithCsrfToken(ctx, okrBase)
               ctx = contextWithReferer(ctx, okrBase)
               ctx = contextWithXForwardedFor(ctx, okrBase)
               ctx = contextWithHost(ctx, okrBase)
               ctx = contextWithURI(ctx, okrBase)
               ctx = contextWithSession(ctx, okrBase)
            }
         }
      }
      return next(ctx, req)
   }
}

結(jié)論

使用反射必定會(huì)導(dǎo)致性能下降，但是反射是一個(gè)強(qiáng)有力的工具，可以解決我們平時(shí)的很多問(wèn)題，比如數(shù)據(jù)庫(kù)映射、數(shù)據(jù)序列化、代碼生成場(chǎng)景。

在使用反射的時(shí)候，我們需要避免一些性能過(guò)低的操作，例如使用 FieldByName() 和MethodByName() 方法，如果必須使用這些方法的時(shí)候，我們可以預(yù)先通過(guò)字段名或者方法名獲取到對(duì)應(yīng)的字段序號(hào)，然后使用性能較高的反射操作，以此提升使用反射的性能。

原文鏈接：https://juejin.cn/post/7134962503657717773

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