MSON，让JSON序列化更快

问题

我们经常需要在主线程中读取一些配置文件或者缓存数据，最常用的结构化存储数据的方式就是将对象序列化为JSON字符串保存起来，这种方式特别简单而且可以和SharedPrefrence配合使用，因此应用广泛。但是目前用到的Gson在序列化JSON时很慢，在读取解析这些必要的配置文件时性能不佳，导致卡顿启动速度减慢等问题。

Gson的问题在哪里呢？笔者用AndroidStudio的profile工具分析了activity.onCreate方法的耗时情况。

图 1

图 2

如图1所示，可以发现Gson序列化占用了大部分的执行时间，从图2可以更直观地看到Gson.fromJson占用了61%的执行时间。分析Gson的源码可以发现，它在序列化时大量使用了反射，每一个field，每一个get、set都需要用反射，由此带来了性能问题。

如何优化

知道了性能的瓶颈之后，我们如何去修改呢？我能想到的方法就是尽量减少反射。

Android框架中由JSONObject来提供轻量级的JSON序列化工具，所以我选择用Android框架中的JSONObject来做序列化，然后手动复制到bean就可以去掉所有的反射。

我做了个简单的测试，分别用Gson和JSONObject的方式去序列化一个bean，看下各自速度如何。

使用JSONObject的实现方式如下：

public class Bean {public String key;public String title;public String[] values;public String defaultValue;public static Bean fromJsonString(String json) {try {JSONObject jsonObject = new JSONObject(json);Bean bean = new Bean();bean.key = jsonObject.optString("key");bean.title = jsonObject.optString("title");JSONArray jsonArray = jsonObject.optJSONArray("values");if (jsonArray != null && jsonArray.length() > 0) {int len = jsonArray.length();bean.values = new String[len];for (int i=0; i<len; ++i) {bean.values[i] = jsonArray.getString(i);}}bean.defaultValue = jsonObject.optString("defaultValue");return bean;} catch (JSONException e) {e.printStackTrace();}return null;}public static String toJsonString(Bean bean) {if (bean == null) {return null;}JSONObject jsonObject = new JSONObject();try {jsonObject.put("key", bean.key);jsonObject.put("title", bean.title);if (bean.values != null) {JSONArray array = new JSONArray();for (String str:bean.values) {array.put(str);}jsonObject.put("values", array);}jsonObject.put("defaultValue", bean.defaultValue);} catch (JSONException e) {e.printStackTrace();}return jsonObject.toString();}
}

测试代码:

private void test() {String a = "{\"key\":\"123\", \"title\":\"asd\", \"values\":[\"a\", \"b\", \"c\", \"d\"], \"defaultValue\":\"a\"}";Gson Gson = new Gson();Bean testBean = Gson.fromJson(a, new TypeToken<Bean>(){}.getType());long now = System.currentTimeMillis();for (int i=0; i<1000; ++i) {Gson.fromJson(a, new TypeToken<Bean>(){}.getType());}Log.d("time", "Gson parse use time="+(System.currentTimeMillis() - now));now = System.currentTimeMillis();for (int i=0; i<1000; ++i) {Bean.fromJsonString(a);}Log.d("time", "jsonobject parse use time="+(System.currentTimeMillis() - now));now = System.currentTimeMillis();for (int i=0; i<1000; ++i) {Gson.toJson(testBean);}Log.d("time", "Gson tojson use time="+(System.currentTimeMillis() - now));now = System.currentTimeMillis();for (int i=0; i<1000; ++i) {Bean.toJsonString(testBean);}Log.d("time", "jsonobject tojson use time="+(System.currentTimeMillis() - now));
}

测试结果

序列化方法	Gson	JSONObject
序列化耗时（ms）	56	9
反序列化耗时（ms）	97	7

执行1000次JSONObject，花费的时间是Gson的几十分之一。

工具

虽然JSONObject能够解决我们的问题，但在项目中有大量的存量代码都使用了Gson序列化，一处处去修改既耗费时间又容易出错，也不方便增加减少字段。

那么有没有一种方式在使用时和Gson一样简单且性能又特别好呢？

我们调研了Java的AnnotationProcessor（注解处理器），它能够在编译前对源码做处理。我们可以通过使用AnnotationProcessor为带有特定注解的bean自动生成相应的序列化和反序列化实现，用户只需要调用这些方法来完成序列化工作。

我们继承“AbstractProcessor”，在处理方法中找到有JsonType注解的bean来处理，代码如下：

@Override
public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {Set<? extends Element> elements = roundEnvironment.getElementsAnnotatedWith(JsonType.class);for (Element element : elements) {if (element instanceof TypeElement) {processTypeElement((TypeElement) element);}}return false;
}

然后生成对应的序列化方法，关键代码如下：

JavaFileObject sourceFile = processingEnv.getFiler().createSourceFile(fullClassName);
ClassModel classModel = new ClassModel().setModifier("public final").setClassName(simpleClassName);
......
JavaFile javaFile = new JavaFile();
javaFile.setPackageModel(new PackageModel().setPackageName(packageName)).setImportModel(new ImportModel().addImport(elementClassName).addImport("com.meituan.android.MSON.IJsonObject").addImport("com.meituan.android.MSON.IJsonArray").addImport("com.meituan.android.MSON.exceptions.JsonParseException").addImports(extension.getImportList())).setClassModel(classModel);List<? extends Element> enclosedElements = element.getEnclosedElements();
for (Element e : enclosedElements) {if (e.getKind() == ElementKind.FIELD) {processFieldElement(e, extension, toJsonMethodBlock, fromJsonMethodBlock);}
}
try (Writer writer = sourceFile.openWriter()) {writer.write(javaFile.toSourceString());writer.flush();writer.close();
}

为了今后接入别的字符串和JSONObject的转换工具，我们封装了IJSONObject和IJsonArray，这样可以接入更高效的JSON解析和格式化工具。

继续优化

继续深入测试发现，当JSON数据量比较大时用JSONObject处理会比较慢，究其原因是JSONObject会一次性将字符串读进来解析成一个map，这样会有比较大的内存浪费和频繁内存创建。经过调研Gson内部的实现细节，发现Gson底层有流式的解析器而且可以按需解析，可以做到匹配上的字段才去解析。根据这个发现我们将我们IJSONObject和IJsonArray换成了Gson底层的流解析来进一步优化我们的速度。

代码如下：

Friend object = new Friend();
reader.beginObject();
while (reader.hasNext()) {String field = reader.nextName();if ("id".equals(field)) {object.id = reader.nextInt();} else if ("name".equals(field)) {if (reader.peek() == JsonToken.NULL) {reader.nextNull();object.name = null;} else {object.name = reader.nextString();}} else {reader.skipValue();}
}
reader.endObject();

代码中可以看到，Gson流解析过程中我们对于不认识的字段直接调用skipValue来节省不必要的时间浪费，而且是一个token接一个token读文本流这样内存中不会存一个大的JSON字符串。

兼容性

兼容性主要体现在能支持的数据类型上，目前MSON支持了基础数据类型，包装类型、枚举、数组、List、Set、Map、SparseArray以及各种嵌套类型（比如：Map<String, Map<String, List<String[]>>>）。

性能及兼容性对比

我们使用一个比较复杂的bean（包含了各种数据类型、嵌套类型）分别测试了Gson、fastjson和MSON的兼容性和性能。

测试用例如下：

@JsonType
public class Bean {public Day day;public List<Day> days;public Day[] days1;@JsonField("filed_a")public byte a;public char b;public short c;public int d;public long e;public float f;public double g;public boolean h;@JsonField("filed_a1")public byte[] a1;public char[] b1;public short[] c1;public int[] d1;public long[] e1;public float[] f1;public double[] g1;public boolean[] h1;public Byte a2;public Character b2;public Short c2;public Integer d2;public Long e2;public Float f2;public Double g2;public Boolean h2;@JsonField("name")public String i2;public Byte[] a3;public Character[] b3;public Short[] c3;public Integer[] d3;public Long[] e3;public Float[] f3;public Double[] g3;public Boolean[] h3;public String[] i3;@JsonIgnorepublic String i4;public transient String i5;public static String i6;public List<String> k;public List<Integer> k1;public Collection<Integer> k2;public ArrayList<Integer> k3;public Set<Integer> k4;public HashSet<Integer> k5;// fastjson 序列化会崩溃所以忽略掉了，下同@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false)public List<int[]> k6;public List<String[]> k7;@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false)public List<List<Integer>> k8;@JsonIgnorepublic List<Map<String, Integer>> k9;@JsonIgnorepublic Map<String, String> l;public Map<String, List<Integer>> l1;public Map<Long, List<Integer>> l2;public Map<Map<String, String>, String> l3;public Map<String, Map<String, List<String>>> l4;@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false) public SparseArray<SimpleBean2> m1;@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false)public SparseIntArray m2;@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false)public SparseLongArray m3;@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false)public SparseBooleanArray m4;public SimpleBean2 bean;@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false)public SimpleBean2[] bean1;@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false)public List<SimpleBean2> bean2;@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false)public Set<SimpleBean2> bean3;@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false)public List<SimpleBean2[]> bean4;@com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField(serialize = false, deserialize = false)public Map<String, SimpleBean2> bean5;
}

测试发现：

Gson的兼容性最好，能兼容几乎所有的类型，MSON其次，fastjson对嵌套类型支持比较弱。
性能方面MSON最好，Gson和fastjson相当。

测试结果如下：

序列化方法	MSON	Gson	fastjson
序列化耗时（ms）	20	47	55
反序列化耗时（ms）	1	20	43

方法数

MSON本身方法数很少只有60个，在使用时会对每一个标注了JsonType的Bean生成2个方法，分别是:

public String toJson(Bean bean) {...}              // 1
public Bean fromJson(String data) {...}            // 2

另外MSON不需要对任何类做keep处理。

MSON使用方法

下面介绍MSON的使用方法，流程特别简单：

1. 在Bean上加注解

@JsonType
public class Bean {public String name;public int age;@JsonField("_desc")public String description;  //使用JsonField 标注字段在json中的keypublic transient boolean state; //使用transient 不会被序列化@JsonIgnorepublic int state2; //使用JsonIgnore注解 不会被序列化}

2. 在需要序列化的地方

MSON.fromJson(json, clazz); // 反序列化
MSON.toJson(bean); // 序列化

总结

本文介绍了一种高性能的JSON序列化工具MSON，以及它的产生原因和实现原理。目前我们已经有好多性能要求比较高的地方在使用，可以大幅的降低JSON的序列化时间。

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