Inside Fastjson

发布时间：2020-12-16 19:28:19 所属栏目：百科来源：网络整理

导读：Fastjson内幕 JSON协议使用方便，越来越流行。JSON的处理器有很多，为什么需要再写一个呢？因为我们需要一个性能很好的JSON Parser，希望JSON Parser的性能有二进制协议一样好，比如和protobuf一样，这可不容易，但确实做到了。有人认为这从原理上就是不可能

Fastjson内幕

JSON协议使用方便，越来越流行。JSON的处理器有很多，为什么需要再写一个呢？因为我们需要一个性能很好的JSON Parser，希望JSON Parser的性能有二进制协议一样好，比如和protobuf一样，这可不容易，但确实做到了。有人认为这从原理上就是不可能的，但是计算机乃实践科学，看实际的结果比原理推导更重要。

这篇文章告诉大家：

Fastjson究竟有多快
为什么Fastjson这么快
你能用Fastjson来做什么！
如何获得fastjson？

首先，Fastjson究竟有多快？

我们看一下使用https://github.com/eishay/jvm-serializers/提供的程序进行测试得到的结果：

	序列化时间	反序列化时间	大小	压缩后大小
java序列化	8654	43787	889	541
hessian	6725	10460	501	313
protobuf	2964	1745	239	149
thrift	3177	1949	349	197
avro	3520	1948	221	133
json-lib	45788	149741	485	263
jackson	3052	4161	503	271
fastjson	2595	1472	468	251

测试数据：https://github.com/eishay/jvm-serializers/wiki/TestValue

这是一个468bytes的JSON Bytes测试，从测试结果来看，无论序列化和反序列化，Fastjson超越了protobuf，可以当之无愧fast! 它比java deserialize快超过30多倍，比json-lib快100倍。由于Fastjson的存在，你可以放心使用json统一协议，达到文本协议的可维护性，二进制协议的性能。

为什么Fastjson能够做到这么快？

JSON处理主要包括两个部分，serialize和deserialize。serialize就是把Java对象变成JSON String或者JSON Bytes。Deserialize是把JSON String或者Json Bytes变成java对象。其实这个过程有些JSON库是分三部分的，json string <－~~> json tree <－~~> java object。Fastjson也支持这种转换方式，但是这种转换方式因为有多余的步骤，性能不好，不推荐使用。

一、Fastjson中Serialzie的优化实现

1、自行编写类似StringBuilder的工具类SerializeWriter。

把java对象序列化成json文本，是不可能使用字符串直接拼接的，因为这样性能很差。比字符串拼接更好的办法是使用java.lang.StringBuilder。StringBuilder虽然速度很好了，但还能够进一步提升性能的，fastjson中提供了一个类似StringBuilder的类com.alibaba.fastjson.serializer.SerializeWriter。

SerializeWriter提供一些针对性的方法减少数组越界检查。例如public void writeIntAndChar(int i,char c) {}，这样的方法一次性把两个值写到buf中去，能够减少一次越界检查。目前SerializeWriter还有一些关键的方法能够减少越界检查的，我还没实现。也就是说，如果实现了，能够进一步提升serialize的性能。

2、使用ThreadLocal来缓存buf。

这个办法能够减少对象分配和gc，从而提升性能。SerializeWriter中包含了一个char[] buf，每序列化一次，都要做一次分配，使用ThreadLocal优化，能够提升性能。

3、使用asm避免反射

获取java bean的属性值，需要调用反射，fastjson引入了asm的来避免反射导致的开销。fastjson内置的asm是基于objectweb asm 3.3.1改造的，只保留必要的部分，fastjson asm部分不到1000行代码，引入了asm的同时不导致大小变大太多。

4、使用一个特殊的IdentityHashMap优化性能。

fastjson对每种类型使用一种serializer，于是就存在class -> JavaBeanSerizlier的映射。fastjson使用IdentityHashMap而不是HashMap，避免equals操作。我们知道HashMap的算法的transfer操作，并发时可能导致死循环，但是ConcurrentHashMap比HashMap系列会慢，因为其使用volatile和lock。fastjson自己实现了一个特别的IdentityHashMap，去掉transfer操作的IdentityHashMap，能够在并发时工作，但是不会导致死循环。

5、缺省启用sort field输出

json的object是一种key/value结构，正常的hashmap是无序的，fastjson缺省是排序输出的，这是为deserialize优化做准备。

6、集成jdk实现的一些优化算法

在优化fastjson的过程中，参考了jdk内部实现的算法，比如int to char[]算法等等。

二、fastjson的deserializer的主要优化算法

deserializer也称为parser或者decoder，fastjson在这方面投入的优化精力最多。

1、读取token基于预测。

所有的parser基本上都需要做词法处理，json也不例外。fastjson词法处理的时候，使用了基于预测的优化算法。比如key之后，最大的可能是冒号":"，value之后，可能是有两个，逗号","或者右括号"}"。在com.alibaba.fastjson.parser.JSONScanner中提供了这样的方法：

 
     ? 
    
          public 
           void 
          nextToken( 
          int 
          expect) {  
         
          for 
          (;;) {  
         
          switch 
          (expect) {  
         
          case 
          JSONToken.COMMA:  
          //  
         
          if 
          (ch ==  
          ',' 
          ) { 
         
          token = JSONToken.COMMA; 
         
          ch = buf[++bp]; 
         
          return 
          ; 
         
          } 
         
          if 
          (ch ==  
          '}' 
          ) { 
         
          token = JSONToken.RBRACE; 
         
          ch = buf[++bp]; 
         
          return 
          ; 
         
          } 
         
          if 
          (ch ==  
          ']' 
          ) { 
         
          token = JSONToken.RBRACKET; 
         
          ch = buf[++bp]; 
         
          return 
          ; 
         
          } 
         
          if 
          (ch == EOI) {  
         
          token = JSONToken.EOF; 
         
          return 
          ; 
         
          } 
         
          break 
          ; 
         
          // ... ... 
         
          } 
         
          }

从上面摘抄下来的代码看，基于预测能够做更少的处理就能够读取到token。

2、sort field fast match算法

fastjson的serialize是按照key的顺序进行的，于是fastjson做deserializer时候，采用一种优化算法，就是假设key/value的内容是有序的，读取的时候只需要做key的匹配，而不需要把key从输入中读取出来。通过这个优化，使得fastjson在处理json文本的时候，少读取超过50%的token，这个是一个十分关键的优化算法。基于这个算法，使用asm实现，性能提升十分明显，超过300％的性能提升。

 
     ? 
    
          {  
          "id" 
          :  
          123 
          , 
          "name" 
          :  
          "魏加流" 
          , 
          "salary" 
          :  
          56789.79 
          } 
         
          ------ -------- ----------

在上面例子看，虚线标注的三个部分是key，如果key_id、key_name、key_salary这三个key是顺序的，就可以做优化处理，这三个key不需要被读取出来，只需要比较就可以了。

这种算法分两种模式，一种是快速模式，一种是常规模式。快速模式是假定key是顺序的，能快速处理，如果发现不能够快速处理，则退回常规模式。保证性能的同时，不会影响功能。

在这个例子中，常规模式需要处理13个token，快速模式只需要处理6个token。

实现sort field fast match算法的代码在这个类com.alibaba.fastjson.parser.deserializer.ASMDeserializerFactory，是使用asm针对每种类型的VO动态创建一个类实现的。
这里是有一个用于演示sort field fast match算法的代码： http://code.alibabatech.com/svn/fastjson/trunk/fastjson/src/test/java/data/media/ImageDeserializer.java

 
     ? 
    
          // 用于快速匹配的每个字段的前缀 
         
          char 
          [] size_ = 
          ""size":" 
          .toCharArray(); 
         
          char 
          [] uri_ = 
          ""uri":" 
          .toCharArray(); 
         
          char 
          [] titile_ = 
          ""title":" 
          .toCharArray(); 
         
          char 
          [] width_ = 
          ""width":" 
          .toCharArray(); 
         
          char 
          [] height_ = 
          ""height":" 
          .toCharArray(); 
         
          // 保存parse开始时的lexer状态信息 
         
          int 
           mark = lexer.getBufferPosition();  
         
          char 
           mark_ch = lexer.getCurrent();  
         
          int 
           mark_token = lexer.token();  
         
          int 
           height = lexer.scanFieldInt(height_);  
         
          if 
           (lexer.matchStat == JSONScanner.NOT_MATCH) {  
         
          // 退出快速模式,进入常规模式 
         
          lexer.reset(mark,mark_ch,mark_token); 
         
          return 
          (T)  
          super 
          .deserialze(parser,clazz); 
         
          }  
         
          String value = lexer.scanFieldString(size_); 
         
          if 
           (lexer.matchStat == JSONScanner.NOT_MATCH) {  
         
          // 退出快速模式,进入常规模式 
         
          lexer.reset(mark,mark_token); 
         
          return 
          (T)  
          super 
          .deserialze(parser,clazz); 
         
          }  
         
          Size size = Size.valueOf(value); 
         
          // ... ...  
         
          // batch set  
         
          Image image =  
          new 
          Image();  
         
          image.setSize(size); 
         
          image.setUri(uri); 
         
          image.setTitle(title); 
         
          image.setWidth(width); 
         
          image.setHeight(height); 
         
          return 
           (T) image;

3、使用asm避免反射

deserialize的时候，会使用asm来构造对象，并且做batch set，也就是说合并连续调用多个setter方法，而不是分散调用，这个能够提升性能。

4、对utf-8的json bytes，针对性使用优化的版本来转换编码。

这个类是com.alibaba.fastjson.util.UTF8Decoder，来源于JDK中的UTF8Decoder，但是它使用ThreadLocal Cache Buffer，避免转换时分配char[]的开销。
ThreadLocal Cache的实现是这个类com.alibaba.fastjson.util.ThreadLocalCache。第一次1k，如果不够，会增长，最多增长到128k。

 
     ? 
    
          //代码摘抄自com.alibaba.fastjson.JSON 
         
          public 
           static 
          final 
          <T> T parSEObject( 
          byte 
          [] input, 
          int 
          off, 
          int 
           len,CharsetDecoder charsetDecoder,Type clazz, 
         
          Feature... features) { 
         
          charsetDecoder.reset(); 
         
          int 
          scaleLength = ( 
          int 
          ) (len * ( 
          double 
          ) charsetDecoder.maxCharsPerByte()); 
         
          char 
          [] chars = ThreadLocalCache.getChars(scaleLength); 
          // 使用ThreadLocalCache，避免频繁分配内存  
         
          ByteBuffer byteBuf = ByteBuffer.wrap(input,off,len); 
         
          CharBuffer charByte = CharBuffer.wrap(chars); 
         
          IOUtils.decode(charsetDecoder,byteBuf,charByte); 
         
          int 
          position = charByte.position();  
         
          return 
          (T) parSEObject(chars,position,clazz,features);  
         
          }

5、symbolTable算法。

我们看xml或者javac的parser实现，经常会看到有一个这样的东西symbol table，它就是把一些经常使用的关键字缓存起来，在遍历char[]的时候，同时把hash计算好，通过这个hash值在hashtable中来获取缓存好的symbol，避免创建新的字符串对象。这种优化在fastjson里面用在key的读取，以及enum value的读取。这是也是parse性能优化的关键算法之一。

以下是摘抄自JSONScanner类中的代码，这段代码用于读取类型为enum的value。

 
     ? 
    
          int 
           hash =  
          0 
          ;  
         
          for 
           (;;) {  
         
          ch = buf[index++]; 
         
          if 
          (ch ==  
          '"' 
          ) { 
         
          bp = index; 
         
          this 
          .ch = ch = buf[bp]; 
         
          strVal = symbolTable.addSymbol(buf,start,index - start - 
          1 
          ,hash);  
          // 通过symbolTable来获得缓存好的symbol，包括fieldName、enumValue  
         
          break 
          ; 
         
          } 
         
          hash = 
          31 
          * hash + ch;  
          // 在token scan的过程中计算好hash  
         
          // ... ... 
         
          }

我们能用fastjson来作什么？

1、替换其他所有的json库，java世界里没有其他的json库能够和fastjson可相比了。
2、使用fastjson的序列化和反序列化替换java serialize，java serialize不单性能慢，而且体制大。
3、使用fastjson替换hessian，json协议和hessian协议大小差不多一样，而且fastjson性能优越，10倍于hessian
4、把fastjson用于memached缓存对象数据。

如何获得fastjson

官方网站

Fastjson是开源的，基于Apache 2.0协议。你可以在官方网站了解最新信息。 http://code.alibabatech.com/wiki/display/FastJSON/Home

maven用户

Maven仓库 http://code.alibabatech.com/mvn/releases/

 
       ? 
      
            <dependency>  
           
            <groupId>com.alibaba</groupId> 
           
            <artifactId>fastjson</artifactId> 
           
            <version> 
            1.1 
            . 
            2 
            </version> 
           
            </dependency>

Downlaods

Binary : http://code.alibabatech.com/mvn/releases/com/alibaba/fastjson/1.1.2/fastjson-1.1.2.jar
Source :http://code.alibabatech.com/mvn/releases/com/alibaba/fastjson/1.1.2/fastjson-1.1.2-sources.jar
Subversion : http://code.alibabatech.com/svn/fastjson/trunk/fastjson/

转自http://code.alibabatech.com/wiki/display/FastJSON/Inside+Fastjson

（编辑：李大同）

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