c# - 为什么创建和使用表达式比直接访问更快？

Question

我目前正在实现一些动态过滤/排序，我认为做一个基准测试看看效果如何是个好主意。

首先，这是创建充当“getter”的表达式的方法:

public static Expression<Func<TEntity, object>> GetPropertyGetter(string propertyName, bool useCache = false)
{
    if (useCache && _propertyGetters.ContainsKey(propertyName))
        return _propertyGetters[propertyName];

    var entityType = typeof(TEntity);
    var property = entityType.GetProperty(propertyName, BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance);
    if (property == null)
        throw new Exception($"Property {propertyName} was not found in entity {entityType.Name}");

    var param = Expression.Parameter(typeof(TEntity));
    var prop = Expression.Property(param, propertyName);
    var convertedProp = Expression.Convert(prop, typeof(object));
    var expr = Expression.Lambda<Func<TEntity, object>>(convertedProp, param);

    if (useCache)
    {
        _propertyGetters.Add(propertyName, expr);
    }

    return expr;
}

这是基准:

public class OrderBy
{

    private readonly List<Entry> _entries;

    public OrderBy()
    {
        _entries = new List<Entry>();
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++)
        {
            _entries.Add(new Entry($"Title {i}", i));
        }
    }

    [Benchmark(Baseline = true)]
    public List<Entry> SearchTitle()
    {
        return _entries.AsQueryable().OrderByDescending(p => p.Title).ToList();
    }

    [Benchmark]
    public List<Entry> SearchTitleDynamicallyWithoutCache()
    {
        var expr = DynamicExpressions<Entry>.GetPropertyGetter("Title");
        return _entries.AsQueryable().OrderByDescending(expr).ToList();
    }

    [Benchmark]
    public List<Entry> SearchTitleDynamicallyWithCache()
    {
        var expr = DynamicExpressions<Entry>.GetPropertyGetter("Title", useCache: true);
        return _entries.AsQueryable().OrderByDescending(expr).ToList();
    }

}

public class Entry
{

    public string Title { get; set; }
    public int Number { get; set; }

    public Entry(string title, int number)
    {
        Title = title;
        Number = number;
    }

}

结果如下:

所以我的问题是，为什么创建表达式(使用反射获取属性)比直接访问(p => p.Title)更快？

Answer 1

问题是您的 GetPropertyGetter 方法生成了一个 lambda，它将属性的结果转换为一个 对象。当 OrderBy 按 object 而不是按 string 排序时，使用的比较是不同的。如果将 lambda 更改为 p => (object)p.Title，您会发现它也更快。如果您将 OrderByDescending 更改为采用 StringComparer.InvariantCulture，您会发现生成的 lambda 表达式的速度略有提高。

当然，这也意味着您的动态 OrderBy 很可能无法正确处理其他语言。

不幸的是，一旦您开始为 LINQ 方法动态创建代码，如 lambda，您不能总是只替换 object 并期望相同的结果(例如 int字段将被装箱，string 不会使用相同的比较器，具有自定义比较器的类型可能无法工作，...)。基本上，我认为为动态类型处理构建的 Expression 就像 GPL - 它像病毒一样传播(向上)。如果您将 OrderByDescending(GetPropertyGetter) 替换为动态 OrderByPropertyNameDescending(string) 并构建对 OrderBy 的调用，您将得到您期望的结果。

考虑:

public static class DynanmicExt {
    public static IOrderedQueryable<TEntity> OrderByDescending<TEntity>(this IQueryable<TEntity> q, string propertyName) {
        var entityType = typeof(TEntity);
        var property = entityType.GetProperty(propertyName, BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance);
        if (property == null)
            throw new Exception($"Property {propertyName} was not found in entity {entityType.Name}");

        var param = Expression.Parameter(typeof(TEntity));
        var prop = Expression.Property(param, propertyName);
        var expr = Expression.Lambda<Func<TEntity,string>>(prop, param);

        var OrderBymi = typeof(Queryable).GetGenericMethod("OrderByDescending", new[] { typeof(IQueryable<TEntity>), typeof(Expression<Func<TEntity, object>>) })
                                         .MakeGenericMethod(typeof(TEntity), prop.Member.GetMemberType());
        var obParam = Expression.Parameter(typeof(IQueryable<TEntity>));
        var obBody = Expression.Call(null, OrderBymi, obParam, expr);
        var obLambda = Expression.Lambda<Func<IQueryable<TEntity>, IOrderedQueryable<TEntity>>>(obBody, obParam).Compile();

        return obLambda(q);
    }
}

哦，差点忘了它需要这些方便的反射助手:

public static class MemberInfoExt {
    public static Type GetMemberType(this MemberInfo member) {
        switch (member) {
            case FieldInfo mfi:
                return mfi.FieldType;
            case PropertyInfo mpi:
                return mpi.PropertyType;
            case EventInfo mei:
                return mei.EventHandlerType;
            default:
                throw new ArgumentException("MemberInfo must be if type FieldInfo, PropertyInfo or EventInfo", nameof(member));
        }
    }
}

public static class TypeExt {
    public static MethodInfo GetGenericMethod(this Type t, string methodName, params Type[] pt) =>
        t.GetMethods().Where(mi => mi.Name == methodName && mi.IsGenericMethod && mi.GetParameters().Select(mip => mip.ParameterType.IfGetGenericTypeDefinition()).SequenceEqual(pt.Select(p => p.IfGetGenericTypeDefinition()))).Single();
    public static Type IfGetGenericTypeDefinition(this Type aType) => aType.IsGenericType ? aType.GetGenericTypeDefinition() : aType;
}

现在您可以将它用于:

public List<Entry> SearchTitle2() =>
    _entries.AsQueryable().OrderByDescending("Title").ToList();

现在这和 lambda 的运行速度一样慢。