为什么Fastjson能够做到这么快

一、FastJson介绍

在日常的java项目开发中，JSON的使用越来越频繁，对于Json的处理工具也有很多。接下来就介绍一下阿里开源的一个高性能的JSON框架FastJson，功能完善，完全支持标准JSON库，现在已经越来越受到开发者的青睐。

二、 FastJson的特点：

1) FastJson数据处理速度快，无论序列化（把JavaBean对象转化成Json格式的字符串）和反序列化（把JSON格式的字符串转化为Java Bean对象），都是当之无愧的fast

2) 功能强大（支持普通JDK类，包括javaBean, Collection, Date 或者enum）

3) 零依赖（没有依赖其他的任何类库）

三、 FastJson的简单说明：

FastJson对于JSON格式的字符串的解析主要是用到了下面三个类：

1） JSON：FastJson的解析器，用于JSON格式字符串与JSON对象及JavaBean之间的转化。也是最基础的一个类，因为看过源码之后会发现，下面的两个类继承了JSON类，其中很多方法的实现也是基于JSON类中的parse()方法。

2） JSONObject：FastJson提供的json对象，用于将String对象、javaBean、Collection等解析为JSON格式的对象

3） JSONArray：FastJson提供json数组对象

四、为什么Fastjson能够做到这么快？

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。

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。

五、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：

Java代码 ：

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。

Java代码

{ "id" : 123, "name" : "小黑", "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|http://code.alibabatech.com/svn/fastjson/trunk/fastjson/src/main/java/com/alibaba/fastjson/parser/deserializer/ASMDeserializerFactory.java]，是使用asm针对每种类型的VO动态创建一个类实现的。

Java代码

// 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_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。

Java代码

//com.alibaba.fastjson.JSON源码
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); 
} 

6、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。

以下代码用于读取类型为enum的value。

Java代码

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 
// ... ...
} 

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