為什麼Fastjson能夠做到這麼快

一、FastJson介紹

在日常的java項目開發中，JSON的使用越來越頻繁，對於Json的處理工具也有很多。接下來就介紹一下阿里開源的一個高性能的JSON框架FastJson，功能完善，完全支持標準JSON庫，現在已經越來越受到開發者的青睞。

二、 FastJson的特點：

1) FastJson數據處理速度快，無論序列化（把JavaBean對象轉化成Json格式的字符串）和反序列化（把JSON格式的字符串轉化為Java Bean對象），都是當之無愧的fast

2) 功能強大（支持普通JDK類，包括javaBean, Collection, Date 或者enum）

3) 零依賴（沒有依賴其他的任何類庫）

三、 FastJson的簡單說明：

FastJson對於JSON格式的字符串的解析主要是用到了下面三個類：

1） JSON：FastJson的解析器，用於JSON格式字符串與JSON對象及JavaBean之間的轉化。也是最基礎的一個類，因為看過源碼之後會發現，下面的兩個類繼承了JSON類，其中很多方法的實現也是基於JSON類中的parse()方法。

2） JSONObject：FastJson提供的json對象，用於將String對象、javaBean、Collection等解析為JSON格式的對象

3） JSONArray：FastJson提供json數組對象

四、為什麼Fastjson能夠做到這麼快？

Fastjson中Serialzie的優化實現

1、自行編寫類似StringBuilder的工具類SerializeWriter。

把java對象序列化成json文本，是不可能使用字符串直接拼接的，因為這樣性能很差。比字符串拼接更好的辦法是使用java.lang.StringBuilder。StringBuilder雖然速度很好了，但還能夠進一步提升性能的，fastjson中提供了一個類似StringBuilder的類com.alibaba.fastjson.serializer.SerializeWriter。

SerializeWriter提供一些針對性的方法減少數組越界檢查。例如public void writeIntAndChar(int i, char c) {}，這樣的方法一次性把兩個值寫到buf中去，能夠減少一次越界檢查。目前SerializeWriter還有一些關鍵的方法能夠減少越界檢查的，我還沒實現。也就是說，如果實現了，能夠進一步提升serialize的性能。

2、使用ThreadLocal來緩存buf。

這個辦法能夠減少對象分配和gc，從而提升性能。SerializeWriter中包含了一個char[] buf，每序列化一次，都要做一次分配，使用ThreadLocal優化，能夠提升性能。

3、使用asm避免反射

獲取java bean的屬性值，需要調用反射，fastjson引入了asm的來避免反射導致的開銷。fastjson內置的asm是基於objectweb asm 3.3.1改造的，只保留必要的部分，fastjson asm部分不到1000行代碼，引入了asm的同時不導致大小變大太多。

使用一個特殊的IdentityHashMap優化性能。

fastjson對每種類型使用一種serializer，於是就存在class -> JavaBeanSerizlier的映射。fastjson使用IdentityHashMap而不是HashMap，避免equals操作。我們知道HashMap的算法的transfer操作，併發時可能導致死循環，但是ConcurrentHashMap比HashMap系列會慢，因為其使用volatile和lock。fastjson自己實現了一個特別的IdentityHashMap，去掉transfer操作的IdentityHashMap，能夠在併發時工作，但是不會導致死循環。

5、缺省啟用sort field輸出

json的object是一種key/value結構，正常的hashmap是無序的，fastjson缺省是排序輸出的，這是為deserialize優化做準備。

6、集成jdk實現的一些優化算法

在優化fastjson的過程中，參考了jdk內部實現的算法，比如int to char[]算法等等。

五、fastjson的deserializer的主要優化算法

deserializer也稱為parser或者decoder，fastjson在這方面投入的優化精力最多。

1、讀取token基於預測。

所有的parser基本上都需要做詞法處理，json也不例外。fastjson詞法處理的時候，使用了基於預測的優化算法。比如key之後，最大的可能是冒號":"，value之後，可能是有兩個，逗號","或者右括號"}"。在com.alibaba.fastjson.parser.JSONScanner中提供了這樣的方法：

Java代碼 ：

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; 
// ... ...
 }  

} 

從上面代碼看，基於預測能夠做更少的處理就能夠讀取到token。

2、sort field fast match算法

fastjson的serialize是按照key的順序進行的，於是fastjson做deserializer時候，採用一種優化算法，就是假設key/value的內容是有序的，讀取的時候只需要做key的匹配，而不需要把key從輸入中讀取出來。通過這個優化，使得fastjson在處理json文本的時候，少讀取超過50%的token，這個是一個十分關鍵的優化算法。基於這個算法，使用asm實現，性能提升十分明顯，超過300％的性能提升。

Java代碼

{ "id" : 123, "name" : "小黑", "salary" : 56789.79} 
 ------ -------- ---------- 

在上面例子看，虛線標註的三個部分是key，如果key_id、key_name、key_salary這三個key是順序的，就可以做優化處理，這三個key不需要被讀取出來，只需要比較就可以了。

這種算法分兩種模式，一種是快速模式，一種是常規模式。快速模式是假定key是順序的，能快速處理，如果發現不能夠快速處理，則退回常規模式。保證性能的同時，不會影響功能。

在這個例子中，常規模式需要處理13個token，快速模式只需要處理6個token。

實現sort field fast match算法的代碼在這個類[com.alibaba.fastjson.parser.deserializer.ASMDeserializerFactory|http://code.alibabatech.com/svn/fastjson/trunk/fastjson/src/main/java/com/alibaba/fastjson/parser/deserializer/ASMDeserializerFactory.java]，是使用asm針對每種類型的VO動態創建一個類實現的。

Java代碼

// 用於快速匹配的每個字段的前綴
char[] size_ = "\\"size\\":".toCharArray(); 
char[] uri_ = "\\"uri\\":".toCharArray(); 
char[] titile_ = "\\"title\\":".toCharArray(); 
char[] width_ = "\\"width\\":".toCharArray(); 
char[] height_ = "\\"height\\":".toCharArray(); 
// 保存parse開始時的lexer狀態信息
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, 進入常規模式
 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, 進入常規模式
 lexer.reset(mark, mark_ch, 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的時候，會使用asm來構造對象，並且做batch set，也就是說合並連續調用多個setter方法，而不是分散調用，這個能夠提升性能。

4、對utf-8的json bytes，針對性使用優化的版本來轉換編碼。

這個類是com.alibaba.fastjson.util.UTF8Decoder，來源於JDK中的UTF8Decoder，但是它使用ThreadLocal Cache Buffer，避免轉換時分配char[]的開銷。

ThreadLocal Cache的實現是這個類com.alibaba.fastjson.util.ThreadLocalCache。第一次1k，如果不夠，會增長，最多增長到128k。

Java代碼

//com.alibaba.fastjson.JSON源碼
public static final  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，避免頻繁分配內存 
 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); 
} 

6、symbolTable算法。

我們看xml或者javac的parser實現，經常會看到有一個這樣的東西symbol table，它就是把一些經常使用的關鍵字緩存起來，在遍歷char[]的時候，同時把hash計算好，通過這個hash值在hashtable中來獲取緩存好的symbol，避免創建新的字符串對象。這種優化在fastjson裡面用在key的讀取，以及enum value的讀取。這是也是parse性能優化的關鍵算法之一。

以下代碼用於讀取類型為enum的value。

Java代碼

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); // 通過symbolTable來獲得緩存好的symbol，包括fieldName、enumValue 
 break; 
 } 
 hash = 31 * hash + ch; // 在token scan的過程中計算好hash 
// ... ...
} 

----------------------------

最後，我自己是一名從事了多年開發的JAVA老程序員，今年年初我花了一個月整理了一份最適合2019年學習的java學習乾貨，可以送給每一位喜歡java的小夥伴，想要獲取的可以關注我的頭條號並在後臺私信我：java，即可免費獲取。