3. Golang的反射reflect性能

1. 反射是什么

1.1 概念

搜狗百科：在计算机科学领域，反射是指一类应用，它们能够自描述和自控制。也就是说，这类应用通过采用某种机制来实现对自己行为的描述（self-representation）和监测（examination），并能根据自身行为的状态和结果，调整或修改应用所描述行为的状态和相关的语义。

在Java中，反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。

reflectreflect

1.2 功能

反射机制主要提供了以下功能：

• 在运行时判断任意一个对象所属的类；
• 在运行时构造任意一个类的对象；
• 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法；
• 在运行时调用任意一个对象的方法；
• 生成动态代理。

2. 反射的实现

2.1 interface 和 反射

Golang在类型设计中，任意一个变量都是由两部分组成：

• Type：变量的类型，比如int类型
• Value：变量的值，比如 1

[]int[]stringnil != nil

另外，

• type 包括 static type和concrete type. 简单来说 static type是你在编码是看见的类型(如int、string)，concrete type是runtime系统看见的类型
• 类型断言能否成功，取决于变量的concrete type，而不是static type. 因此，一个 reader变量如果它的concrete type也实现了write方法的话，它也可以被类型断言为writer.

例如:

	tty, err := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0)
	var r io.Reader
	r = tty
	
	_, ok := r.(io.Reader)
	fmt.Println(ok)
	_, ok = r.(*os.File)
	fmt.Println(ok)
	_, ok = r.(io.Writer)
	fmt.Println(ok)
	# 输出
	# true
	# true
	# true

在Golang的实现中，一个interface{}类型的变量包含了2个指针，一个指针指向值的类型【对应concrete type】，另外一个指针指向实际的值【对应value】。
nterface及其pair的存在，是Golang中实现反射的前提，理解了pair，就更容易理解反射。反射就是用来检测存储在接口变量内部(值value；类型concrete type) pair对的一种机制。

2.2 Golang的反射reflect

2.2.1 reflect的基本功能TypeOf和ValueOf

既然反射就是用来检测存储在接口变量内部(值value；类型concrete type) pair对的一种机制。那么在Golang的reflect反射包中有什么样的方式可以让我们直接获取到变量内部的信息呢？ 它提供了两种类型（或者说两个方法）让我们可以很容易的访问接口变量内容，分别是reflect.ValueOf() 和 reflect.TypeOf()，看看官方的解释

// ValueOf returns a new Value initialized to the concrete value
// stored in the interface i.  ValueOf(nil) returns the zero 
func ValueOf(i interface{}) Value {...}

翻译一下：ValueOf用来获取输入参数接口中的数据的值，如果接口为空则返回0

// TypeOf returns the reflection Type that represents the dynamic type of i.
// If i is a nil interface value, TypeOf returns nil.
func TypeOf(i interface{}) Type {...}

翻译一下：TypeOf用来动态获取输入参数接口中的值的类型，如果接口为空则返回nil

reflect.TypeOf()是获取pair中的type，reflect.ValueOf()获取pair中的value，示例如下：

func main() {
	var num float64 = 1.2345

	fmt.Println("type: ", reflect.TypeOf(num))
	fmt.Println("value: ", reflect.ValueOf(num))
}

运行结果:
type:  float64
value:  1.2345

说明：

1. reflect.TypeOf： 直接给到了我们想要的type类型，如float64、int、各种pointer、struct 等等真实的类型

2. reflect.ValueOf：直接给到了我们想要的具体的值，如1.2345这个具体数值，或者类似&{1 “Allen.Wu” 25} 这样的结构体struct的值

3. 也就是说明反射可以将“接口类型变量”转换为“反射类型对象”，反射类型指的是reflect.Type和reflect.Value这两种

2.3 获取接口的属性和方法

2.3.1 从relfect.Value中获取接口interface的信息

reflect.ValueOf(interface)

2.3.2 已知原有类型

已知类型后转换为其对应的类型的做法如下，可以直接通过Interface方法然后强制转换，如下：

realValue := value.Interface().(已知的类型)

示例如下：

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {
	var num float64 = 1.2345

	pointer := reflect.ValueOf(&num)
	value := reflect.ValueOf(num)
	fmt.Println(reflect.TypeOf(pointer))
	fmt.Println(reflect.TypeOf(value))

	// 可以理解为“强制转换”，但是需要注意的时候，转换的时候，如果转换的类型不完全符合，则直接panic
	// Golang 对类型要求非常严格，类型一定要完全符合
	// 如下两个，一个是*float64，一个是float64，如果弄混，则会panic
	convertPointer := pointer.Interface().(*float64)
	convertValue := value.Interface().(float64)

	fmt.Println(convertPointer)
	fmt.Println(convertValue)
	fmt.Println(reflect.TypeOf(convertPointer))
	fmt.Println(reflect.TypeOf(convertValue))
}

运行结果：
reflect.Value
reflect.Value
0xc42000e238
1.2345
*float64
float64

reflect.ValueOf( i )value.Interface().(已知的类型)

但是，如果不能够提前知晓原有类型呢？

1. 转换的时候，如果转换的类型不完全符合，则直接panic，类型要求非常严格！
2. 转换的时候，要区分是指针还是指
3. 也就是说反射可以将“反射类型对象”再重新转换为“接口类型变量”

2.3.3 未知原有类型【遍历探测其Filed】

很多情况下，我们可能并不知道其具体类型，那么这个时候，该如何做呢？需要我们进行遍历探测其Filed来得知，示例如下:

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type User struct {
	Id   int
	Name string
	Age  int
}

func (u User) ReflectCallFunc() {
	fmt.Println("Allen.Wu ReflectCallFunc")
}

func main() {

	user := User{1, "Allen.Wu", 25}

	DoFiledAndMethod(user)

}

// 通过接口来获取任意参数，然后一一揭晓
func DoFiledAndMethod(input interface{}) {

	getType := reflect.TypeOf(input)
	fmt.Println("get Type is :", getType.Name())

	getValue := reflect.ValueOf(input)
	fmt.Println("get all Fields is:", getValue)

	// 获取方法字段
	// 1. 先获取interface的reflect.Type，然后通过NumField进行遍历
	// 2. 再通过reflect.Type的Field获取其Field
	// 3. 最后通过Field的Interface()得到对应的value
	for i := 0; i < getType.NumField(); i++ {
		field := getType.Field(i)
		value := getValue.Field(i).Interface()
		fmt.Printf("%s: %v = %v\n", field.Name, field.Type, value)
	}

	// 获取方法
	// 1. 先获取interface的reflect.Type，然后通过.NumMethod进行遍历
	for i := 0; i < getType.NumMethod(); i++ {
		m := getType.Method(i)
		fmt.Printf("%s: %v\n", m.Name, m.Type)
	}
}

运行结果：
get Type is : User
get all Fields is: {1 Allen.Wu 25}
Id: int = 1
Name: string = Allen.Wu
Age: int = 25
ReflectCallFunc: func(main.User)

说明
通过运行结果可以得知获取未知类型的interface的具体变量及其类型的步骤为：

1. 先获取interface的reflect.Type，然后通过NumField进行遍历
2. 再通过reflect.Type的Field获取其Field
3. 最后通过Field的Interface()得到对应的value

通过运行结果可以得知获取未知类型的interface的所属方法（函数）的步骤为：

1. 先获取interface的reflect.Type，然后通过NumMethod进行遍历
2. 再分别通过reflect.Type的Method获取对应的真实的方法（函数）
3. 最后对结果取其Name和Type得知具体的方法名
4. 也就是说反射可以将“反射类型对象”再重新转换为“接口类型变量”
5. struct 或者 struct 的嵌套都是一样的判断处理方式

2.4 通过reflect.Value设置实际变量的值

reflect.Value是通过reflect.ValueOf(X)获得的，只有当X是指针的时候，才可以通过reflec.Value修改实际变量X的值，即：要修改反射类型的对象就一定要保证其值是“addressable”的。

示例如下：

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {

	var num float64 = 1.2345
	fmt.Println("old value of pointer:", num)

	// 通过reflect.ValueOf获取num中的reflect.Value，注意，参数必须是指针才能修改其值
	pointer := reflect.ValueOf(&num)
	newValue := pointer.Elem()

	fmt.Println("type of pointer:", newValue.Type())
	fmt.Println("settability of pointer:", newValue.CanSet())

	// 重新赋值
	newValue.SetFloat(77)
	fmt.Println("new value of pointer:", num)

	
	// 如果reflect.ValueOf的参数不是指针，会如何？
	pointer = reflect.ValueOf(num)
	//newValue = pointer.Elem() // 如果非指针，这里直接panic，“panic: reflect: call of reflect.Value.Elem on float64 Value”
}

运行结果：
old value of pointer: 1.2345
type of pointer: float64
settability of pointer: true
new value of pointer: 77

说明

1. 需要传入的参数是* float64这个指针，然后可以通过pointer.Elem()去获取所指向的Value，注意一定要是指针。

2. 如果传入的参数不是指针，而是变量，那么

   • 通过Elem获取原始值对应的对象则直接panic
   • 通过CanSet方法查询是否可以设置返回false

3. newValue.CantSet()表示是否可以重新设置其值，如果输出的是true则可修改，否则不能修改，修改完之后再进行打印发现真的已经修改了。

4. reflect.Value.Elem() 表示获取原始值对应的反射对象，只有原始对象才能修改，当前反射对象是不能修改的

5. 也就是说如果要修改反射类型对象，其值必须是“addressable”【对应的要传入的是指针，同时要通过Elem方法获取原始值对应的反射对象】

6. struct 或者 struct 的嵌套都是一样的判断处理方式

2.5 通过reflect.ValueOf来进行方法的调用

这算是一个高级用法了，前面我们只说到对类型、变量的几种反射的用法，包括如何获取其值、其类型、如果重新设置新值。但是在工程应用中，另外一个常用并且属于高级的用法，就是通过reflect来进行方法【函数】的调用。比如我们要做框架工程的时候，需要可以随意扩展方法，或者说用户可以自定义方法，那么我们通过什么手段来扩展让用户能够自定义呢？关键点在于用户的自定义方法是未可知的，因此我们可以通过reflect来搞定
示例如下：

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type User struct {
	Id   int
	Name string
	Age  int
}

func (u User) ReflectCallFuncHasArgs(name string, age int) {
	fmt.Println("ReflectCallFuncHasArgs name: ", name, ", age:", age, "and origal User.Name:", u.Name)
}

func (u User) ReflectCallFuncNoArgs() {
	fmt.Println("ReflectCallFuncNoArgs")
}

// 如何通过反射来进行方法的调用？
// 本来可以用u.ReflectCallFuncXXX直接调用的，但是如果要通过反射，那么首先要将方法注册，也就是MethodByName，然后通过反射调动mv.Call

func main() {
	user := User{1, "Allen.Wu", 25}
	
	// 1. 要通过反射来调用起对应的方法，必须要先通过reflect.ValueOf(interface)来获取到reflect.Value，得到“反射类型对象”后才能做下一步处理
	getValue := reflect.ValueOf(user)

	// 一定要指定参数为正确的方法名
	// 2. 先看看带有参数的调用方法
	methodValue := getValue.MethodByName("ReflectCallFuncHasArgs")
	args := []reflect.Value{reflect.ValueOf("wudebao"), reflect.ValueOf(30)}
	methodValue.Call(args)

	// 一定要指定参数为正确的方法名
	// 3. 再看看无参数的调用方法
	methodValue = getValue.MethodByName("ReflectCallFuncNoArgs")
	args = make([]reflect.Value, 0)
	methodValue.Call(args)
}


运行结果：
ReflectCallFuncHasArgs name:  wudebao , age: 30 and origal User.Name: Allen.Wu
ReflectCallFuncNoArgs

说明

1. 要通过反射来调用起对应的方法，必须要先通过reflect.ValueOf(interface)来获取到reflect.Value，得到“反射类型对象”后才能做下一步处理

2. reflect.Value.MethodByName这.MethodByName，需要指定准确真实的方法名字，如果错误将直接panic，MethodByName返回一个函数值对应的reflect.Value方法的名字。

3. []reflect.Value，这个是最终需要调用的方法的参数，可以没有或者一个或者多个，根据实际参数来定。

4. reflect.Value的 Call 这个方法，这个方法将最终调用真实的方法，参数务必保持一致，如果reflect.Value’Kind不是一个方法，那么将直接panic。

5. 本来可以用u.ReflectCallFuncXXX直接调用的，但是如果要通过反射，那么首先要将方法注册，也就是MethodByName，然后通过反射调用methodValue.Call

3. Golang的反射reflect性能

Golang的反射设计:

type_ := reflect.TypeOf(obj)
field, _ := type_.FieldByName("hello")

这里取出来的 field 对象是 reflect.StructField 类型，但是它没有办法用来取得对应对象上的值。如果要取值，得用另外一套对object，而不是type的反射

type_ := reflect.ValueOf(obj)
fieldValue := type_.FieldByName("hello")

这里取出来的 fieldValue 类型是 reflect.Value，它是一个具体的值，而不是一个可复用的反射对象了，每次反射都需要malloc这个reflect.Value结构体，并且还涉及到GC。

小结
Golang reflect慢主要有两个原因

1. 涉及到内存分配以及后续的GC；

2. reflect实现里面有大量的枚举，也就是for循环，比如类型之类的。

4. 总结

总结
上述详细说明了Golang的反射reflect的各种功能和用法，都附带有相应的示例，相信能够在工程应用中进行相应实践，总结一下就是：

• 反射可以大大提高程序的灵活性，使得interface{}有更大的发挥余地

  • 反射必须结合interface才玩得转
  • 变量的type要是concrete type的（也就是interface变量）才有反射一说

• 反射可以将“接口类型变量”转换为“反射类型对象”

  • 反射使用 TypeOf 和 ValueOf 函数从接口中获取目标对象信息

• 反射可以将“反射类型对象”转换为“接口类型变量

  • reflect.value.Interface().(已知的类型)
  • 遍历reflect.Type的Field获取其Field

• 反射可以修改反射类型对象，但是其值必须是“addressable”

  • 想要利用反射修改对象状态，前提是 interface.data 是 settable,即 pointer-interface

• 通过反射可以“动态”调用方法

• 因为Golang本身不支持模板，因此在以往需要使用模板的场景下往往就需要使用反射(reflect)来实现