号称引领下一个十年的高性能JSON库fastjson2登场了
Java后端技术
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·
2022-07-10 17:39
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概述
FastJson2是FastJson项目的重要升级，目标是为下一个十年提供一个高性能的JSON库。根据官方给出的性能来看，相比v1版本，确实有了很大的提升，本篇文章我们来看下究竟做了哪些事情，使得性能有了大幅度的提升。代码测试 + 源码阅读的方式对FastJson2的性能提升做一个较为全面的探索。一、环境准备
fastjson和fastjson2。使用两个版本进行对比试验。
1.1 引入对应依赖
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<version>1.18.24</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>com.alibaba</groupId>
<artifactId>fastjson</artifactId>
<version>1.2.79</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>com.alibaba.fastjson2</groupId>
<artifactId>fastjson2</artifactId>
<version>2.0.8</version>
</dependency>
1.2 创建测试类
创建类：Student.java
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
@Data
@Builder
public class Student {
private String name;
private Integer age;
private String address;
public Student(String name, Integer age, String address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = address;
}
}
创建测试main方法：
/**
* 定义循环次数
*/
private final static Integer NUM = 100;
public static void main(String[] args) {
// 总时间
long totalTime = 0L;
//初始化学生数据
List<Student> studentList = new ArrayList<>();
// 10w学生
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
studentList.add(Student.builder().name("我犟不过你").age(10).address("黑龙江省哈尔滨市南方区哈尔滨大街267号").build());
}
// 按指定次数循环
for (int i = 0; i < NUM; i++) {
// 单次循环开始时间
long startTime = System.currentTimeMillis();
// 遍历学生数据
studentList.forEach(student -> {
// 序列化
String s = JSONObject.toJSONString(student);
//字符串转回java对象
JSONObject.parseObject(s, Student.class);
});
// 将学生list序列化，之后转为jsonArray
JSONArray jsonArray = JSONArray.parseArray(JSONObject.toJSONString(studentList));
// 将jsonArray转java对象list
jsonArray.toJavaList(Student.class);
//单次处理时间
long endTime = System.currentTimeMillis();
// 单次耗时
totalTime += (endTime - startTime);
System.out.println("单次耗费时间：" + (endTime - startTime) + "ms");
}
System.out.println("平均耗费时间：" + totalTime / NUM + "ms");
}
jsonArray.toJavaList方法转变成了jsonArray.toList。二、性能测试
128M，以免造成偏差：
2.1 第一次测试
fastjson结果
单次耗费时间：863ms
单次耗费时间：444ms
单次耗费时间：424ms
单次耗费时间：399ms
单次耗费时间：384ms
单次耗费时间：355ms
单次耗费时间：353ms
单次耗费时间：363ms
... ...
单次耗费时间：361ms
单次耗费时间：356ms
单次耗费时间：355ms
单次耗费时间：357ms
单次耗费时间：351ms
单次耗费时间：354ms
平均耗费时间：366ms
366ms。fastjson2结果
单次耗费时间：957ms
单次耗费时间：803ms
单次耗费时间：468ms
单次耗费时间：435ms
单次耗费时间：622ms
单次耗费时间：409ms
单次耗费时间：430ms
··· ···
单次耗费时间：400ms
单次耗费时间：641ms
单次耗费时间：403ms
单次耗费时间：398ms
单次耗费时间：431ms
单次耗费时间：356ms
单次耗费时间：362ms
单次耗费时间：626ms
单次耗费时间：404ms
单次耗费时间：395ms
平均耗费时间：478ms
478ms，反而比fastjson还要慢。2.2 fastjson2慢的原因？
GC次数
Full GC
2.3 fastjson的GC表现
GC次数
(478∗100−366∗100)/1000 =11.2(478*100 - 366*100)/1000 = 11.2
2.4 第二次试验
-Xms64m -Xmx64m
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:265)
at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:239)
at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:231)
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:462)
at com.alibaba.fastjson2.JSONReader.read(JSONReader.java:1274)
at com.alibaba.fastjson2.JSON.parseArray(JSON.java:1494)
at com.alibaba.fastjson2.JSONArray.parseArray(JSONArray.java:1391)
at com.wjbgn.fastjson2.test.TestFastJson2.main(TestFastJson2.java:43)
2.5 第三次实验
256M。fastjson
单次耗费时间：805ms
单次耗费时间：224ms
单次耗费时间：235ms
单次耗费时间：228ms
单次耗费时间：222ms
... ...
单次耗费时间：191ms
单次耗费时间：196ms
单次耗费时间：193ms
单次耗费时间：194ms
单次耗费时间：192ms
平均耗费时间：198ms
198ms。fastjson2
单次耗费时间：671ms
单次耗费时间：496ms
单次耗费时间：412ms
单次耗费时间：405ms
单次耗费时间：315ms
单次耗费时间：321ms
... ...
单次耗费时间：337ms
单次耗费时间：326ms
平均耗费时间：335ms
335毫秒，随着内存增加，性能有提升，但是仍然没有fastjson1快。2.6 第四次试验
1g：-Xms1g -Xmx1g
fastjson
单次耗费时间：943ms
单次耗费时间：252ms
单次耗费时间：156ms
单次耗费时间：155ms
... ...
单次耗费时间：119ms
单次耗费时间：114ms
单次耗费时间：108ms
单次耗费时间：133ms
单次耗费时间：115ms
平均耗费时间：133ms
133ms。fastjson2
单次耗费时间：705ms
单次耗费时间：199ms
单次耗费时间：172ms
... ...
单次耗费时间：101ms
单次耗费时间：124ms
单次耗费时间：96ms
平均耗费时间：119ms
2.7 小结
fastjson2相比fastjson确实是有性能提升，但是取决于堆内存的大小。
堆空间小的情况下，fastjson的性能表现优于fastjson2。
在适当的情况先，对jvm进行调优，是对应用程序的性能有影响的
我们需要知道，堆空间并非越大越好，空间越大代表着GC处理时间会越长，其表现为应用响应时间的增加。
三、源码分析
writer reader
3.1 序列化 writer
toJSONString方法
JSONObject.toJSONString的体现，所以我们通过跟踪其源码去发现其原理，注意我写注释的位置。/**
* Serialize Java Object to JSON {@link String} with specified {@link JSONReader.Feature}s enabled
*
* @param object Java Object to be serialized into JSON {@link String}
* @param features features to be enabled in serialization
*/
static String toJSONString(Object object, JSONWriter.Feature... features) {
// 初始化 【ObjectWriterProvider】 ，关注【JSONFactory.defaultObjectWriterProvider】
JSONWriter.Context writeContext = new JSONWriter.Context(JSONFactory.defaultObjectWriterProvider, features);
boolean pretty = (writeContext.features & JSONWriter.Feature.PrettyFormat.mask) != 0;
// 初始化jsonwriter，ObjectWriter会将json数据写入jsonwriter
JSONWriterUTF16 jsonWriter = JDKUtils.JVM_VERSION == 8 ? new JSONWriterUTF16JDK8(writeContext) : new JSONWriterUTF16(writeContext);
try (JSONWriter writer = pretty ?
new JSONWriterPretty(jsonWriter) : jsonWriter) {
if (object == null) {
writer.writeNull();
} else {
writer.setRootObject(object);
Class<?> valueClass = object.getClass();
boolean fieldBased = (writeContext.features & JSONWriter.Feature.FieldBased.mask) != 0;
// 获取ObjectWriter
ObjectWriter<?> objectWriter = writeContext.provider.getObjectWriter(valueClass, valueClass, fieldBased);
// ObjectWriter将数据写入JSONWriter
objectWriter.write(writer, object, null, null, 0);
}
return writer.toString();
}
}
defaultObjectWriterProvider对象
JSONFactory.defaultObjectWriterProvider的内容：public ObjectWriterProvider() {
init();
// 初始化【ObjectWriterCreator】，用来创建【ObjectWriterProvider】
ObjectWriterCreator creator = null;
switch (JSONFactory.CREATOR) {
case "reflect": //反射
creator = ObjectWriterCreator.INSTANCE;
break;
case "lambda": // lambda
creator = ObjectWriterCreatorLambda.INSTANCE;
break;
case "asm":
default:
try {//asm
creator = ObjectWriterCreatorASM.INSTANCE;
} catch (Throwable ignored) {
// ignored
}
if (creator == null) {
creator = ObjectWriterCreatorLambda.INSTANCE;
}
break;
}
this.creator = creator;
}
ObjectWriterCreator，其实现方式默认是「基于ASM的动态字节码」实现。反射 和 lambda 的方式。ObjectWriterProvider，它的作用是用来获取ObjectWriter的。getObjectWriter方法
ObjectWriter的作用就是将java对象写入到json当中，所以我们下面开始关注这一行代码的实现：writeContext.provider.getObjectWriter(valueClass, valueClass, fieldBased);
getObjectWriter方法，查看关键位置代码：if (objectWriter == null) {
// 获取creator，此处获取的是方法开始时默认的【ObjectWriterCreatorASM】
ObjectWriterCreator creator = getCreator();
if (objectClass == null) {
objectClass = TypeUtils.getMapping(objectType);
}
// 此处创建ObjectWriter，内部创建【FieldWriter】
objectWriter = creator.createObjectWriter(
objectClass,
fieldBased ? JSONWriter.Feature.FieldBased.mask : 0,
modules
);
ObjectWriter previous = fieldBased
? cacheFieldBased.putIfAbsent(objectType, objectWriter)
: cache.putIfAbsent(objectType, objectWriter);
if (previous != null) {
objectWriter = previous;
}
}
createObjectWriter方法
// 遍历java对象当中的getter方法，获取属性名
BeanUtils.getters(objectClass, method -> {
... ...
String fieldName;
if (fieldInfo.fieldName == null || fieldInfo.fieldName.isEmpty()) {
if (record) {
fieldName = method.getName();
} else {
// 根据getter获取到属性名称
fieldName = BeanUtils.getterName(method.getName(), beanInfo.namingStrategy);
}
} else {
fieldName = fieldInfo.fieldName;
}
... ...
//创建该属性的fieldWriter
FieldWriter fieldWriter = createFieldWriter(
objectClass,
fieldName,
fieldInfo.ordinal,
fieldInfo.features,
fieldInfo.format,
fieldInfo.label,
method,
writeUsingWriter
);
// 将属性名作为key，fieldWriter作为value放入缓存【fieldWriterMap】
FieldWriter origin = fieldWriterMap.putIfAbsent(fieldName, fieldWriter);
fieldWriters = new ArrayList<>(fieldWriterMap.values());
//定义【ObjectWriter_1】的属性
genFields(fieldWriters, cw);
// 定义【ObjectWriter_1】的方法
genMethodInit(fieldWriters, cw, classNameType);
//定义【ObjectWriter_1】获取对象属性的读取方法
genGetFieldReader(
fieldWriters,
cw,
classNameType,
new ObjectWriterAdapter(objectClass, null, null, features, fieldWriters)
);
genMethodWrite(objectClass, fieldWriters, cw, classNameType, writerFeatures);
write方法，并匹配当前java对象的属性属于哪种类型，使用哪种FieldWriter进行写入。String和Integer，如下：... ...
else if (fieldClass == Integer.class) {
// 处理Integer属性
gwInt32(mwc, fieldWriter, OBJECT, i);
} else if (fieldClass == String.class) {
// 处理String属性
gwFieldValueString(mwc, fieldWriter, OBJECT, i);
}
... ...
Integer 在内部处理时，会在动态对象生成名称是
writeInt32的方法。String 内部处理时在动态对象生成方法
writeString。
genMethodWriteArrayMapping("writeArrayMapping", objectClass, writerFeatures, fieldWriters, cw, classNameType);
String
else if (fieldClass == String.class) {
methodName = "writeString";
methodDesc = "(Ljava/lang/String;)V";
}
Integer 则是对象 "(Ljava/lang/Object;)V"
ObjectWriter_1对象就设置完成了，使用反射进行创建：try {
Constructor<?> constructor = deserClass.getConstructor(Class.class, String.class, String.class, long.class, List.class);
return (ObjectWriter) constructor.newInstance(objectClass, beanInfo.typeKey, beanInfo.typeName, writerFeatures, fieldWriters);
} catch (Throwable e) {
throw new JSONException("create objectWriter error, objectType " + objectClass, e);
}
回到toJSONString方法
objectWriter.write(writer, object, null, null, 0);
String：我们虽然提到过使用的
writeString方法，但是你会发现没有对应的FieldWriter，因为它使用的是JSONWriterUTF16JDK8的writeString(String str)方法，不同版本的jdk有不同的Class。Integr：使用
FieldWriterInt32的writeInt32(JSONWriter jsonWriter, int value)进行写入。
小结
ObjectWriter对象，针对不同的对象属性，生成不同的写入方法，最终通过反射进行对象创建，最后进行java对象数据的写入。」3.2 反序列化 reader
parseObject 方法
/**
* json转换java对象
*
* @param text json字符串
* @param 需要转换的类
* @return Class
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
static <T> T parseObject(String text, Class<T> clazz) {
if (text == null || text.isEmpty()) {
return null;
}
//创建reader，内部与writer相同，使用ASM动态字节码形式创建creater
try (JSONReader reader = JSONReader.of(text)) {
// 获取上下文
JSONReader.Context context = reader.context;
boolean fieldBased = (context.features & JSONReader.Feature.FieldBased.mask) != 0;
// 获取ObjectReader
ObjectReader<T> objectReader = context.provider.getObjectReader(clazz, fieldBased);
T object = objectReader.readObject(reader, 0);
if (reader.resolveTasks != null) {
reader.handleResolveTasks(object);
}
return object;
}
}
JSONReader.of方法
public static JSONReader of(String str) {
if (str == null) {
throw new NullPointerException();
}
//创建reader的上下文，内部与writer相同，使用ASM动态字节码形式创建creater，包装成context
Context context = JSONFactory.createReadContext();
// jdk8以上版本使用下面的字符串处理方式
if (JDKUtils.JVM_VERSION > 8 && JDKUtils.UNSAFE_SUPPORT && str.length() > 1024 * 1024) {
try {
byte coder = UnsafeUtils.getStringCoder(str);
if (coder == 0) {
byte[] bytes = UnsafeUtils.getStringValue(str);
return new JSONReaderASCII(context, str, bytes, 0, bytes.length);
}
} catch (Exception e) {
throw new JSONException("unsafe get String.coder error");
}
return new JSONReaderStr(context, str, 0, str.length());
}
// jdk 8 及以下字符串处理
final int length = str.length();
char[] chars;
if (JDKUtils.JVM_VERSION == 8) {
// jdk8字符串转char
chars = JDKUtils.getCharArray(str);
} else {
chars = str.toCharArray();
}
// 创建JSONReaderUTF16对象
return new JSONReaderUTF16(context, str, chars, 0, length);
}
getObjectReader方法
if (objectReader == null) {
// 获取前面创建的creater
ObjectReaderCreator creator = getCreator();
// 创建ObjectReader对象，根据java类的类型
objectReader = creator.createObjectReader(objectClass, objectType, fieldBased, modules);
}
createObjectReader方法
// 创建属性读取对象数组
FieldReader[] fieldReaderArray = createFieldReaders(objectClass, objectType, beanInfo, fieldBased, modules);
BeanUtils.setters(objectClass, method -> {
fieldInfo.init();
// 创建Fieldreader
createFieldReader(objectClass, objectType, namingStrategy, orders, fieldInfo, method, fieldReaders, modules);
});
setterFieldReaders，用于向java对象写入数据。回到parseObject
object = objectReader.readObject(reader, 0);
fieldReaders,它内部包含json当中的属性和对象的set方法：
valueMap.put(fieldReader.getFieldNameHash(), fieldValue);
T object = createInstanceNoneDefaultConstructor(
valueMap == null
? Collections.emptyMap()
: valueMap);
return (T) constructor.newInstance(args);
小结
四、总结
fastjson2对于fastjson的兼容，可以使用下面的依赖：
<dependency>
<groupId>com.alibaba</groupId>
<artifactId>fastjson</artifactId>
<version>2.0.8</version>
</dependency>
内存占用，通过前面的测试，发现fastjson2有明显占用更大内存的现象，甚至在相同内存条件下，fastjson1可以完美执行，而fastjson2有产生「内存溢出」的风险。
Issues
https://github.com/alibaba/fastjson2/issues通过官方的Issues能够发现目前的bug还是比较多的，对于需要稳定性的项目还是不建议尝试。具体表现如下：
源码阅读难度，这个是我最想吐槽的，全部源码几乎没有注释信息，读起来还是比较晦涩的。作者希望读者能够通过PR的方式补充注释，也希望更多读者加入进来，目前关于Fastjson2的源码阅读文章基本为0。
https://alibaba.github.io/fastjson2/benchmark_cn可以看得出来，感兴趣可以本地实测一下。往期热门文章：
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