alibaba fastjson(json序列化器)序列化部分源码解析-2-性能优化A

接上篇，在论述完基本概念和总体思路之后，我们来到整个程序最重要的部分-性能优化。之所以会有fastjson这个项目，主要问题是为了解决性能这一块的问题，将序列化工作提高到一个新的高度。我们提到，性能优化主要有两个方面，一个如何将处理后的数据追加到数据储存器，即outWriter中；二是如何保证处理过程中的速度。
本篇从第一个性能优化方面来进行解析，主要的工作集中在类SerializeWriter上。

首先，类的声明，继承了Writer类，实现了输出字符的基本功能，并且提供了拼接数据的基本功能。内部使用了一个buf数组和count来进行计数。这个类的实现结果和StringBuilder的工作模式差不多。但我们说为什么不使用StringBuilder，主要是因为StringBuilder没有针对json序列化提出更加有效率的处理方式，而且单就StringBuilder而言，内部是为了实现字符串拼接而生，因为很自然地使用了更加能够读懂的方式进行处理。相比，serializeWriter单处理json序列化数据传输，功能单一，因此在某些方面更加优化一些。
在类声明中，这里有一个优化措施(笔者最开始未注意到，经作者指出之后才明白)。即是对buf数组的缓存使用，即在一次处理完毕之后，储存的数据容器并不销毁，而是留在当前线程变量中。以便于在当前线程中再次序列化json时使用。源码如下：

在初始构造时，会从当前线程变量中取buf数组并设置在对象属性buf中。而在每次序列化完成之后，会通过close方法，将此buf数组再次绑定在线程变量当中，如下所示：

当然，buf重新绑定了，肯定计数器count应该置0。这是自然，count是对象属性，每次在新建时，自然会置0。

在实现过程当中，很多具体的实现是借鉴了StringBuilder的处理模式的，在以下的分析中会说到。

总体分类

接上篇而言，我们说outWriter主要实现了五个方面的输出内容。
1,提供writer的基本功能，输出字符，输出字符串
2,提供对整形和长整形输出的特殊处理
3,提供对基本类型数组输出的支持
4,提供对整形+字符的输出支持
5,提供对字符串+双（单）引号的输出方式
五个方面主要体现在不同的作用域。第一个提供了最基本的writer功能，以及在输出字符上最基本的功能，即拼接字符数组（不是字符串）；第二个针对最常用的数字进行处理；第三个，针对基本类型数组类处理；第四个针对在处理集合/数组时，最后一位的特殊处理，联合了输出数字和字符的双重功能，效率上比两个功能的实现原理上更快一些；第四个，针对字符串的特殊处理(主要是特殊字符处理)以及在json中，字符串的引号处理（即在json中，字符串必须以引号引起来）。

实现思想

数据输出最后都变成了拼接字符的功能，即将各种类型的数据转化为字符数组的形式，然后将字符数组拼接到buf数组当中。这中间主要逻辑如下：
1 对象转化为字符数组
2 准备装载空间，以容纳数据
2.1 计数器增加
2.2 扩容，字符数组扩容
3 装载数据
4 计数器计数最新的容量，完成处理
这里面主要涉及到一个buf数组扩容的概念，其使用的扩容函数expandCapacity其内部实现和StringBuilder中一样。即（当前容量 + 1）* 2，具体可以见相应函数或StringBuilder.ensureCapacityImpl函数。

实现解析

基本功能
基本功能有以下几个函数：

其中第一个函数，可以忽略，可以理解为实现writer中的writ(int)方法，在具体应用时未用到此方法。第2个方法和第7个方法为写单个字符，即往buf数组中写字符。第3,4,5,6,均是写一个字符数组（字符串也可以理解为字符数组）。因此，我们单就字符数组进行分析，源码如下：

从上注释可以看出，其处理流程和我们所说的标准处理逻辑一致。在处理字符拼接时，尽量使用最快的方法，如使用System.arrayCopy和字符串中的getChars方法。另外几个方法处理逻辑与此方法相同。
警告：不要在正式应用中对有存在特殊字符的字符串(无特殊字符的字符串除外)使用以上的输出方式，请使用第5组方式进行json输出。对于字符数组的处理在以上处理方式中不会对特殊字符进行处理。如字符串 3"'4,在使用以上方式输出时，只会输出 3"'4,其中的转义字符在转化为toChar时被删除掉。
因此，在实际处理中，只有字符数组会使用以上方式进行输出。不要将字符串与字符数组相混合。字符数组不考虑转义问题，而字符串需要考虑转义。

整形和长整形

方法如下：

这两个方法，按照我们的逻辑，首先需要将整性和长整性转化为字符串（无特殊字符），然后以字符数组的形式输出即可。在进行处理时，主要参考了Integer和Long的toString实现方式和长度计算。首先看一个实现：

以上首先看特殊数字的处理，因为int的范围从-2147483648到2147483647，因此对于-2147483648这个特殊数字（不能转化为-号+正数的形式），进行特殊处理。这里调用了write(str)方法，实际上就是调用了在第一部分的public void write(String str,int off,int len),这里是安全的，因为没有特殊字符。
其次是计算长度，两者都借鉴了jdk中的实现，分别为Integer.stringSize和Long.stringSize，这里就不再叙述。
再写入buf数组，我们说都是将数字转化为字符数组，再定入buf数组中。这里的实现，即按照这个步骤在进行。这里在IOUtils中，借鉴了Integer.getChars(int i,int index,char[] buf)方法和Long.getChars(long i,char[] buf)方法，这里也不再叙述。

基本类型数组

数组的形式，主要是将数组的每一部分输出出来，即可。在输出时，需要输出前缀“[”和后缀“]”以及每个数据之间的“,“。按照我们的逻辑，首先还是计算长度，其次是准备空间，再者是写数据，最后是定count值。因此，我们参考一个实现：

此处有关于性能优化的地方，主要有几个地方。首先将minValue和普通数字分开计算，以避免可能出现的问题；在计算长度时，尽量调用前面使用stringToSize方法，此方法最快；在进行字符追加时，利用getChars方法进行处理。
对于仍有优化的地方，比如对于boolArray，在处理时，又有了特殊优化，主要还是在上面的两点，计算长度时，尽量地快，以及在字符追加时也尽量的快。以下为对于boolean数据的两个优化点：

数字+字符输出

以上两个方法主要在处理以下情况下使用，在不知道要进行序列化的对象的长度的情况下，要尽量避免进行buf数据扩容的情况出现。尽管这种情况很少发生，但还是尽量避免。特殊是在输出集合数据的情况下，在集合数据输出下，各个数据的长度未定，因此不能计算出总输出长度，只能一个对象一个对象输出，在这种情况下，先要输出一个对象，然后再输出对象的间隔符或结尾符。如果先调用输出数据，再调用输出间隔符或结尾符，远不如将两者结合起来，一起进行计算和输出。
此方法基于以下一个事实：尽量在已知数据长度的情况下进行字符拼接，这样有利于快速的为数据准备数据空间。
在具体实现时，此方法只是减少了数据扩容的计算，其它方法与基本实现和组合是一致的，以writeIntAndChar为例：

字符串处理

作为在业务系统中最常用的类型，字符串是一个必不可少的元素之一。在json中，字符串是以双（单）引号，引起来使用的。因此在输出时，即要在最终的数据上追加双(单)引号。否则，js会将其作为变量使用而报错。而且在最新的json标准中，对于json中的key，也要求必须追加双(单)引号以示区分了。字符串处理方法有以下几种：

其中第1,2方法表示分别用双引号和单引号将字符串包装起来，第3,4方法表示在字符串输出完毕之后，再输出一个冒号，第5方法表示输出一个字符串数组，使用双引号包装字符串。第7,8方法未知（不明真相的方法？)
字符串是可以知道长度的，所以第一步确定长度即OK了。 在第一步扩容计算之后，需要处理一个在字符串中特殊的问题，即转义字符处理。如何处理转义字符，以及避免不必要的扩容计算，是必须要考虑的。在fastjson中，采取了首先将其认定为全非特殊字符，然后再一个个字符判断，对特殊字符再作处理的方法。在一定程序上避免了在一个个判断时，扩容计算的问题。我们就其中一个示例进行分析：

在处理字符串上，特殊的即在特殊字符上。因为在输出时，要输出时要保存字符串的原始模式，如"的格式，要输出时，要输出为 + "的形式，而不能直接输出为"，后者在输出时就直接输出为"，而省略了，这在js端是会报错的。

总结：

在针对输出优化时，主要利用了最有效率的手段进行处理。如针对数字和boolean时的处理方式。同时，在处理字符串时，也采取了先处理最常用字符，再处理特殊字符的形式。在针对某些经常碰到的场景时，使用了联合处理的手段（如writeIntAndChar)，而不再是分开处理。
整个处理的思想，即是在处理单个数据时，采取最优方式；在处理复合数据时，避免扩容计算；尽量使用jdk中的方法，以避免重复轮子（可能轮子更慢）。

下一篇，从数据处理过程对源码进行分析，同时解析其中针对性能优化的处理部分。