快捷導(dǎo)航

比JSON.stringify快兩倍的fast-json-stringify性能對比分析

更新時間：2022年12月05日 14:40:42 作者：前端南玖

這篇文章主要為大家介紹了比JSON.stringify快兩倍的fast-json-stringify性能對比分析，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步，早日升職加薪

前言

相信大家對JSON.stringify并不陌生，通常在很多場景下都會用到這個API，最常見的就是HTTP請求中的數(shù)據(jù)傳輸，因為HTTP 協(xié)議是一個文本協(xié)議，傳輸?shù)母袷蕉际亲址?，但我們在代碼中常常操作的是 JSON 格式的數(shù)據(jù)，所以我們需要在返回響應(yīng)數(shù)據(jù)前將 JSON 數(shù)據(jù)序列化為字符串。但大家是否考慮過使用JSON.stringify可能會帶來性能風(fēng)險??，或者說有沒有一種更快的stringify方法。

JSON.stringify的性能瓶頸

由于 JavaScript 是動態(tài)語言，它的變量類型只有在運行時才能確定，所以 JSON.stringify 在執(zhí)行過程中要進行大量的類型判斷，對不同類型的鍵值做不同的處理。由于不能做靜態(tài)分析，執(zhí)行過程中的類型判斷這一步就不可避免，而且還需要一層一層的遞歸，循環(huán)引用的話還有爆棧的風(fēng)險。

我們知道，JSON.string的底層有兩個非常重要的步驟：

類型判斷
遞歸遍歷

既然是這樣，我們可以先來對比一下JSON.stringify與普通遍歷的性能，看看類型判斷這一步到底是不是影響JSON.stringify性能的主要原因。

JSON.stringify 與遍歷對比

const obj1 = {}, obj2 = {}
for(let i = 0; i < 1000000; i++) {
    obj1[i] = i
    obj2[i] = i
}
function fn1 () {
    console.time('jsonStringify')
    const res = JSON.stringify(obj1) === JSON.stringify(obj2)
    console.timeEnd('jsonStringify')
}
function fn2 () {
    console.time("for");
    const res = Object.keys(obj1).every((key) => {
        if (obj2[key] || obj2[key] === 0) {
          return true;
        } else {
          return false;
        }
      });
    console.timeEnd("for");
}
fn1()
fn2()

從結(jié)果來看，兩者的性能差距在4倍左右，那就證明JSON.string的類型判斷這一步還是非常耗性能的。如果JSON.stringify能夠跳過類型判斷這一步是否對類型判斷有幫助呢？

定制化更快的JSON.stringify

基于上面的猜想，我們可以來嘗試實現(xiàn)一下：

現(xiàn)在我們有下面這個對象

const obj = {
  name: '南玖',
  hobby: 'fe',
  age: 18,
  chinese: true
}

上面這個對象經(jīng)過JSON.stringify處理后是這樣的：

JSON.stringify(obj)
// {"name":"南玖","hobby":"fe","age":18,"chinese":true}

現(xiàn)在假如我們已經(jīng)提前知道了這個對象的結(jié)構(gòu)

鍵名不變
鍵值類型不變

這樣的話我們就可以定制一個更快的JSON.stringify方法

function myStringify(obj) {
    return `{"name":"${obj.name}","hobby":"${obj.hobby}","age":${obj.age},"chinese":${obj.chinese}}`
}
console.log(myStringify(obj) === JSON.stringify(obj))  // true

這樣也能夠得到JSON.stringify一樣的效果，前提是你已經(jīng)知道了這個對象的結(jié)構(gòu)。

事實上，這是許多JSON.stringify加速庫的通用手段：

需要先確定對象的結(jié)構(gòu)信息
再根據(jù)結(jié)構(gòu)信息，為該種結(jié)構(gòu)的對象創(chuàng)建“定制化”的stringify方法
內(nèi)部實現(xiàn)依然是這種字符串拼接

更快的fast-json-stringify

fast-json-stringify 需要JSON Schema Draft 7輸入來生成快速stringify函數(shù)。

這也就是說fast-json-stringify這個庫是用來給我們生成一個定制化的stringily函數(shù)，從而來提升stringify的性能。

這個庫的GitHub簡介上寫著比 JSON.stringify() 快 2 倍，其實它的優(yōu)化思路跟我們上面那種方法是一致的，也是一種定制化stringify方法。

語法

const fastJson = require('fast-json-stringify')
const stringify = fastJson(mySchema, {
  schema: { ... },
  ajv: { ... },
  rounding: 'ceil'
})

schema: $ref 屬性引用的外部模式。

ajv: ajv v8 實例對那些需要ajv.

rounding: 設(shè)置當(dāng)integer類型不是整數(shù)時如何舍入。

largeArrayMechanism：設(shè)置應(yīng)該用于處理大型（默認(rèn)情況下20000或更多項目）數(shù)組的機制

scheme

這其實就是我們上面所說的定制化對象結(jié)構(gòu)，比如還是這個對象：

const obj = {
  name: '南玖',
  hobby: 'fe',
  age: 18,
  chinese: true
}

它的JSON scheme是這樣的：

{
  type: "object",
  properties: {
    name: {type: "string"},
    hobby: {type: "string"},
    age: {type: "integer"},
    chinese: {type: 'boolean'}
  },
  required: ["name", "hobby", "age", "chinese"]
}

AnyOf 和 OneOf

當(dāng)然除了這種簡單的類型定義，JSON Schema 還支持一些條件運算，比如字段類型可能是字符串或者數(shù)字，可以用 oneOf 關(guān)鍵字:

"oneOf": [
  {
    "type": "string"
  },
  {
    "type": "number"
  }
]

fast-json-stringify支持JSON 模式定義的anyOf和**oneOf關(guān)鍵字。**兩者都必須是一組有效的 JSON 模式。不同的模式將按照指定的順序進行測試。stringify在找到匹配項之前必須嘗試的模式越多，速度就越慢。

anyOf和oneOf使用ajv作為 JSON 模式驗證器來查找與數(shù)據(jù)匹配的模式。這對性能有影響——只有在萬不得已時才使用它。

關(guān)于 JSON Schema 的完整定義，可以參考 Ajv 的文檔，Ajv 是一個流行的 JSON Schema驗證工具，性能表現(xiàn)也非常出眾。

當(dāng)我們可以提前確定一個對象的結(jié)構(gòu)時，可以將其定義為一個 Schema，這就相當(dāng)于提前告訴 stringify 函數(shù)，需序列化的對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這樣它就可以不必再在運行時去做類型判斷，這就是這個庫提升性能的關(guān)鍵所在。

簡單使用

const fastJson = require('fast-json-stringify')
const stringify = fastJson({
  title: 'myObj',
  type: 'object',
  properties: {
    name: {
      type: 'string'
    },
    hobby: {
      type: 'string'
    },
    age: {
      description: 'Age in years',
      type: 'integer'
    },
    chinese: {
      type: 'boolean'
    }
  }
})
console.log(stringify({
  name: '南玖',
  hobby: 'fe',
  age: 18,
  chinese: true
}))
//

生成 stringify 函數(shù)

fast-json-stringify是跟我們傳入的scheme來定制化生成一個stringily函數(shù)，上面我們了解了怎么為我們對象定義一個scheme結(jié)構(gòu)，接下來我們再來了解一下如何生成stringify。

這里有一些工具方法還是值得了解一下的：

const asFunctions = `
function $asAny (i) {
    return JSON.stringify(i)
  }
function $asNull () {
    return 'null'
  }
function $asInteger (i) {
    if (isLong &amp;&amp; isLong(i)) {
      return i.toString()
    } else if (typeof i === 'bigint') {
      return i.toString()
    } else if (Number.isInteger(i)) {
      return $asNumber(i)
    } else {
      return $asNumber(parseInteger(i))
    }
  }
function $asNumber (i) {
    const num = Number(i)
    if (isNaN(num)) {
      return 'null'
    } else {
      return '' + num
    }
  }
function $asBoolean (bool) {
    return bool &amp;&amp; 'true' || 'false'
  }
  // 省略了一些其他類型......
`

從上面我們可以看到，如果你使用的是 any 類型，它內(nèi)部依然還是用的 JSON.stringify。 所以我們在用TS進行開發(fā)時應(yīng)避免使用 any 類型，因為如果是基于 TS interface 生成 JSON Schema 的話，使用 any 也會影響到 JSON 序列化的性能。

然后就會根據(jù) scheme 定義的具體內(nèi)容生成 stringify 函數(shù)的具體代碼。而生成的方式也比較簡單：通過遍歷 scheme，根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型調(diào)用上面不同的工具函數(shù)來進行字符串拼接。感興趣的同學(xué)可以在GitHub上查看源碼

總結(jié)

事實上fast-json-stringify只是通過靜態(tài)的結(jié)構(gòu)信息將優(yōu)化與分析前置了，通過開發(fā)者定義的scheme內(nèi)容可以提前知道對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后會生成一個stringify函數(shù)供開發(fā)者調(diào)用，該函數(shù)內(nèi)部其實就是做了字符串的拼接。