优化特性(Attribute)性能

通过这篇文章，不仅可以了解到Attribute的工作原理，还可以了解到GetcustomeAttribute是的内部执行流程。最后，你会看到，使用缓存机制可以极大的优化反射Attribute的性能。

本文结构:

　　1.为什么在对象上标记Attribute性能很慢。

　　2.编译器如何编译带有Attribute标记的类型

　　3.定义解析器，在运行时获取并解析对象上的Attribute

　　4.GetCustomeAttributes方法的工作原理

　　5.优化Attribute

　　6.Attribute性能优化完整代码

　　7.总结

参考资料：

关于Attribute的缓存思想请参见后面的链接，当然这篇文章里还介绍了依赖注入以及ORM中的一些优化，链接如下：http://www.codeproject.com/Articles/503527/Reflection-optimization-techniques

关于CustomeAttribute的介绍请参见ECMA-CLI文档第二部分Partition_II_Metadata的第22章第10节，但我再后面还是给出了这个介绍。

1.为什么在对象上标记Attribute性能很慢。

首先请看如下代码：

   [TableAttribute("student")]

    class StudentModel {

        public string Id{get;set;}

    }

    class TableAttribute : Attribute {

        string name;

        public string Name {

            get { return name; }

        }

        public TableAttribute(string name) {

            this.name = name;

        }

    }

性能损耗1：每创建一个StudentModel对象，都要利用反射创建一个TableAttribute对象。

性能损耗2：上一步骤中创建的所有TableAttribute都是完全相同的，值都是”student”。换句话说，如果创建了n 个StudentModel，那么就会具有n个完全一样的TableAttribute。

2.编译器如何编译带有Attribute标记的类型

编译器在编译上述代码时，发现StudentModel有一个TableAttribute特性，就会在最终的程序集中生成一个customeAttribute元数据表，这个表有三个字段：parent，type，value。其中parent指向StudentModel类，type指向TableAttribute的构造函数，value值是要传递给TableAttribute的参数，这个里的参数就是”student”。如下图：

3.定义解析器，在运行时获取并解析对象上的Attribute

如果对象上仅仅是标记了Attribute，那么是不会有什么性能损失的，因为我们并没有使用它。

每当我们自定义一个Attribute时，都要同时创建一个用于解析这个Attribute的解析器。这个解析器需要做两件事：第一获取对象上标记的Attribute，其次根据Attribute中的属性值来执行相应的动作。代码如下：

 class AttributeInterpreter {

        public static void Interprete() {

            TableAttribute[] attributes = typeof(StudentModel).GetCustomAttributes(typeof(TableAttribute), true) as TableAttribute[];

            foreach(var eachAttribute in attributes) {

                string tableName = eachAttribute.TableName;

                //根据tableName访问数据库中的对应表，然后读取数据并创建StudentModel对象。

            }

        }

    }

这里，首先获取StudentModel的Type，然后调用Type的GetCustomeAttributes方法，并传递了typeof（TableAttribute）参数。最后GetCustomeAttributes方法返回StudentModel上标记的TableAttribue对象。

附注：ECMA-CLI中的CustomeAttribute详细说明：

  .     C us to mAt tr i b ut e :  x0 C
The CustomAttribute table has the following columns:
?  Parent (an index into  any metadata table, except the CustomAttribute table  itself; more precisely,
a HasCustomAttribute    (§24.2.) coded index)
?  Type (an index into the  MethodDef or MemberRef table; more precisely, a  CustomAttributeType
(§24.2.) coded index)
?  Value (an index into  the  Blob heap)
Partition II
The CustomAttribute table stores data that can be used to instantiate a Custom Attribute (more precisely, an
object of the specified Custom Attribute class) at runtime. The column called Type is slightly misleading—it
actually indexes a constructor method—the owner of that constructor method is the Type of the Custom
Attribute.
A row in the CustomAttribute table for a parent is created by the .custom attribute, which gives the value of
the Type column and optionally that of the Value column (§).

ECMA-CLI CustomeAttribute简介

4.GetCustomeAttributes方法的工作原理

在运行时，当调用GetCustomeAttributes时，CLR会遍历customeAttribute元数据表，查找parent=StudentModle和type=TableAttribute的CustomeAttribute元数据表。找到之后，根据type字段找到TableAttribute，然后创建他的实例，调用构造函数，并为构造函数传递参数“student”。

5.优化Attribute

优化的第一步就是利用缓存机制来存储已经创建好的TableAttribute，当需要对象时直接从缓存里取，这样只有在第一次创建StudentModel时，才会反射创建TableAttribute对象。如下

 private static Dictionary<Type, TableInfo> cache = new Dictionary<Type, TableInfo>();
        public StudentModel() {
            Type studentModelType = this.GetType();
            Type tableAttType=typeof(TableAttribute);
            if(!cache.TryGetValue(tableAttType, out tableINfo)) {
                TableAttribute[] tableAttributes = studentModelType.GetCustomAttributes(typeof(TableAttribute), true) as TableAttribute[];

                if(tableAttributes == null)
                    return;

                TableAttribute tableAttribute = tableAttributes[];
                cache.Add(tableAttType, new TableInfo(tableAttribute.TableName));
            }

使用缓存需要考虑锁的问题。当几个线程同时修改缓存时，必须保证在同一时刻只有一个线程修改，这里使用双锁机制来进行线程同步。如下：

 public StudentModel() {
            Type studentModelType = this.GetType();
            Type tableAttType=typeof(TableAttribute);

            TableInfo tableInfo;
            if(!cache.TryGetValue(tableAttType, out tableInfo)) {
                lock(this) {
                    if(!cache.TryGetValue(tableAttType, out tableInfo)) {
                        TableAttribute[] tableAttributes = studentModelType.GetCustomAttributes(typeof(TableAttribute), true) as TableAttribute[];

                        if(tableAttributes == null)
                            return;

                        TableAttribute tableAttribute = tableAttributes[];
                        cache.Add(tableAttType, new TableInfo(tableAttribute.TableName));
                    }
                }
            }
        }

优化的结果：只在第一次创建对象时反射Attribute，减少了内存的使用。

6.Attribute性能优化完整代码

 [Table("student")]
    class StudentModel {
        public string Id{get;set;}
        //定义缓存，存储已经创建好的TableAttribute对象。
        private static Dictionary<Type, TableInfo> cache = new Dictionary<Type, TableInfo>();
        public StudentModel() {
            Type studentModelType = this.GetType();
            Type tableAttType=typeof(TableAttribute);

            TableInfo tableInfo;
            if(!cache.TryGetValue(tableAttType, out tableInfo)) {
                lock(this) {
                    if(!cache.TryGetValue(tableAttType, out tableInfo)) {
                        TableAttribute[] tableAttributes = studentModelType.GetCustomAttributes(typeof(TableAttribute), true) as TableAttribute[];

                        if(tableAttributes == null)
                            return;

                        TableAttribute tableAttribute = tableAttributes[];
                        cache.Add(tableAttType, new TableInfo(tableAttribute.TableName));
                    }
                }
            }
        }
    }
    //AlloMultiple为true，表明这个特性不能被重复标记，原因很简单，一个实体对象不能映射到两个表。
    [AttributeUsage(AttributeTargets.Class,AllowMultiple=false)]
    class TableAttribute : Attribute {
        string tableName;

        public string TableName {
            get { return tableName; }
        }
        public TableAttribute(string name) {
            this.tableName = name;
        }
    }

Attribute性能优化完整代码

7.总结

在使用Attribute特性时，编译器会在最终的程序集中生成一个CustomeAttribute元数据表，这个表实际上是一个映射表，其中的type字段和parent字段将特性和对象相关联。

仅仅定义个Attribute是没有任何实际作用的，我们需要定义一个解析器用于获取对象上的Attribute并根据其属性值采取相应的动作。

在运行的时候，想要获取对象上的某特性时，需要调用Type的GetCustomeAttributes方法。这个方法在内部使用了反射来获取特性并实例化特性。

由于反射很浪费性能，并且对于类型的每一个对象，与其关联的Attribute都是相同的，所以可以利用字典只保存其中的一个。由于反射很浪费性能，所以可以考虑将创建好的Attribute缓存起来。

如果这个缓存需要被多个线程修改，需要使用锁来同步，这里为了提供性能，使用了双锁机制和Monitor。