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你知道如何提升JSON.stringify()的性能吗？

發布時間：2023/12/10 javascript 43 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了你知道如何提升JSON.stringify()的性能吗？小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

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原文鏈接:?https://juejin.im/post/5cf61ed3e51d4555fd20a2f3

作者: AlienZHOU

1.熟悉的JSON.stringify

在瀏覽器端或服務端，JSON.stringify()都是我們很常用的方法：

將 JSON object 存儲到 localStorage 中；
POST 請求中的 JSON body；
處理響應體中的 JSON 形式的數據；
甚至某些條件下，我們還會用它來實現一個簡單的深拷貝；
……

在一些性能敏感的場合下（例如服務端處理大量并發），或面對大量 stringify 的操作時，我們會希望它的性能更好，速度更快。這也催生了一些優化的 stringify 方案/庫，下圖是它們與原生方法的性能對比：

綠色部分是原生JSON.stringify()，可見性能相較這些庫都要低很多。那么，在大幅的性能提升背后的技術原理是什么呢？

2. 比 stringify 更快的 stringify

由于 JavaScript 是動態性很強的語言，所以對于一個 Object 類型的變量，其包含的鍵名、鍵值、鍵值類型最終只能在運行時確定。因此，執行JSON.stringify()時會有很多工作要做。在一無所知的情況下，我們想要大幅優化顯然無能為力。

那么如果我們知道這個 Object 中的鍵名、鍵值信息呢 —— 也就是知道它的結構信息，這會有幫助么？

看個例子：

下面這個 Object，

const?obj?=?{name:?'alienzhou',status:?6,working:?true };

我們對它應用JSON.stringify()，得到結果為

JSON.stringify(obj); //?{"name":"alienzhou","status":6,"working":true}

現在如果我們知道這個obj的結構是固定的：

鍵名不變
鍵值的類型一定

那么其實，我可以創建一個“定制化”的 stringify 方法

function?myStringify(o)?{return?('{"name":"'+?o.name+?'","status":'+?o.status+?',"isWorking":'+?o.working+?'}'); }

看看我們的myStringify方法的輸出：

myStringify({name: 'alienzhou',status: 6,working: true }); // {"name":"alienzhou","status":6,"isWorking":true}myStringify({name: 'mengshou',status: 3,working: false }); // {"name":"mengshou","status":3,"isWorking":false}

可以得到正確的結果，但只用到了類型轉換和字符串拼接，所以“定制化”方法可以讓“stringify”更快。

總結來看，如何得到比 stringify 更快的 stringify 方法呢？

需要先確定對象的結構信息；

根據其結構信息，為該種結構的對象創建“定制化”的stringify方法，其內部實際是通過字符串拼接生成結果的；

最后，使用該“定制化”的方法來 stringify 對象即可。

這也是大多數 stringify 加速庫的套路，轉化為代碼就是類似：

import?faster?from?'some_library_faster_stringify';//?1.?通過相應規則，定義你的對象結構 const?theObjectScheme?=?{//?…… };//?2.?根據結構，得到一個定制化的方法 const?stringify?=?faster(theObjectScheme);//?3.?調用方法，快速?stringify const?target?=?{//?…… }; stringify(target);

3. 如何生成“定制化”的方法

根據上面的分析，核心功能在于，根據其結構信息，為該類對象創建“定制化”的stringify方法，其內部實際是簡單的屬性訪問與字符串拼接。

為了了解具體的實現方式，下面我以兩個實現上略有差異的開源庫為例來簡單介紹一下。

3.1. fast-json-stringify

下圖是根據 fast-json-stringify^[1] 提供的 benchmark 結果，整理出來的性能對比。

可以看到，在大多數場景下具備2-5倍的性能提升。

3.1.1. scheme 的定義方式

fast-json-stringify 使用了 JSON Schema Validation^[2] 來定義（JSON）對象的數據格式。其 scheme 定義的結構本身也是 JSON 格式的，例如對象

{name:?'alienzhou',status:?6,working:?true }

對應的 scheme 就是：

{title:?'Example?Schema',type:?'object',properties:?{name:?{type:?'string'},status:?{type:?'integer'},working:?{type:?'boolean'}} }

其 scheme 定義規則豐富，具體使用可以參考 Ajv^[3] 這個 JSON 校驗庫。

3.1.2. stringify 方法的生成

fast-json-stringify 會根據剛才定義的 scheme，拼接生成出實際的函數代碼字符串，然后使用 Function 構造函數^[4]在運行時動態生成對應的 stringify 函數。

在代碼生成上，首先它會注入預先定義好的各類工具方法，這一部分不同的 scheme 都是一樣的：

var?code?=?`'use?strict'`code?+=?`${$asString.toString()}${$asStringNullable.toString()}${$asStringSmall.toString()}${$asNumber.toString()}${$asNumberNullable.toString()}${$asIntegerNullable.toString()}${$asNull.toString()}${$asBoolean.toString()}${$asBooleanNullable.toString()}`

其次，就會根據 scheme 定義的具體內容生成 stringify 函數的具體代碼。而生成的方式也比較簡單：通過遍歷 scheme。

遍歷 scheme 時，根據定義的類型，在對應代碼處插入相應的工具函數用于鍵值轉換。例如上面例子中name這個屬性：

var?accessor?=?key.indexOf('[')?===?0???sanitizeKey(key)?:?`['${sanitizeKey(key)}']` switch?(type)?{case?'null':code?+=?`json?+=?$asNull()`breakcase?'string':code?+=?nullable???`json?+=?obj${accessor}?===?null???null?:?$asString(obj${accessor})`?:?`json?+=?$asString(obj${accessor})`breakcase?'integer':code?+=?nullable???`json?+=?obj${accessor}?===?null???null?:?$asInteger(obj${accessor})`?:?`json?+=?$asInteger(obj${accessor})`break……

上面代碼中的code變量保存的就是最后生成的函數體的代碼串。由于在 scheme 定義中，name為string類型，且不為空，所以會在code中添加如下一段代碼字符串：

"json?+=?$asString(obj['name'])"

由于還需要處理數組、級聯對象等復雜情況，實際的代碼省略了很多。

然后，生成的完整的code字符串大致如下：

function?$asString(str)?{//?…… } function?$asStringNullable(str)?{//?…… } function?$asStringSmall(str)?{//?…… } function?$asNumber(i)?{//?…… } function?$asNumberNullable(i)?{//?…… } /*?以上是一系列通用的鍵值轉換方法?*//*?$main?就是?stringify?的主體函數?*/ function?$main(input)?{var?obj?=?typeof?input.toJSON?===?'function'??input.toJSON():?inputvar?json?=?'{'var?addComma?=?falseif?(obj['name']?!==?undefined)?{if?(addComma)?{json?+=?','}addComma?=?truejson?+=?'"name":'json?+=?$asString(obj['name'])}//?……?其他屬性(status、working)的拼接json?+=?'}'return?json }return?$main

最后，將code字符串傳入 Function 構造函數來創建相應的 stringify 函數。

//?dependencies?主要用于處理包含?anyOf?與?if?語法的情況 dependenciesName.push(code) return?(Function.apply(null,?dependenciesName).apply(null,?dependencies))

3.2. slow-json-stringify

slow-json-stringify^[5] 雖然名字叫 "slow"，但其實是一個 "fast" 的 stringify 庫（命名很調皮）。

The slowest stringifier in the known universe. Just kidding, it's the fastest (:

它的實現比前面提到的 fast-json-stringify 更輕量級，思路也很巧妙。同時它在很多場景下效率會比 fast-json-stringify 更快^[6]。

3.2.1. scheme 的定義方式

slow-json-stringify 的 scheme 定義更自然與簡單，主要就是將鍵值替換為類型描述。還是上面這個對象的例子，scheme 會變為

{name:?'string',status:?'number',working:?'boolean' }

確實非常直觀。

3.2.2. stringify 方法的生成

不知道你注意到沒有

//?scheme {name:?'string',status:?'number',working:?'boolean' }//?目標對象 {name:?'alienzhou',status:?6,working:?true }

scheme 和原對象的結構是不是很像？

這種 scheme 的巧妙之處在于，這樣定義之后，我們可以先把 scheme JSON.stringify一下，然后“扣去”所有類型值，最后等著我們的就是把實際的值直接填充到 scheme 對應的類型聲明處。

具體如何操作呢？

首先，可以直接對 scheme 調用JSON.stringify()來生成基礎模版，同時借用JSON.stringify()的第二個參數來作為遍歷方法收集屬性的訪問路徑：

let?map?=?{}; const?str?=?JSON.stringify(schema,?(prop,?value)?=>?{const?isArray?=?Array.isArray(value);if?(typeof?value?!==?'object'?||?isArray)?{if?(isArray)?{const?current?=?value[0];arrais.set(prop,?current);}_validator(value);map[prop]?=?_deepPath(schema,?prop);props?+=?`"${prop}"|`;}return?value; });

然后，根據正則表達式來順序匹配這些屬性，替換掉屬性類型的字符串，換成統一的占位字符串"__par__"，并基于"__par__"拆分字符串：

const?queue?=?[]; const?chunks?=?str.replace(regex,?(type)?=>?{switch?(type)?{case?'"string"':case?'"undefined"':return?'"__par__"';case?'"number"':case?'"boolean"':case?'["array-simple"]':case?'[null]':return?'__par__';default:const?prop?=?type.match(/(?<=\").+?(?=\")/)[0];queue.push(prop);return?type;}}).split('__par__');

這樣你就會得到chunks和props兩個數組。chunks里包含了被分割的 JSON 字符串。以例子來說，兩個數組分別如下

//?chunks ['{"name":"','","status":"','","working":"','"}' ]//?props ['name','status','working' ]

最后，由于 map 中保存了屬性名與訪問路徑的映射，因此可以根據 prop 訪問到對象中某個屬性的值，循環遍歷數組，將其與對應的 chunks 拼接即可。

從代碼量和實現方式來看，這個方案會更輕便與巧妙，同時也不需要通過 Function、eval 等方式動態生成或執行函數。

4. 總結

雖然不同庫的實現有差異，但從整體思路上來說，實現高性能 stringify 的方式都是一樣的：

開發者定義 Object 的 JSON scheme；

stringify 庫根據 scheme 生成對應的模版方法，模版方法里會對屬性與值進行字符串拼接（顯然，屬性訪問與字符串拼接的效率要高多了）；

最后開發者調用返回的方法來 stringify Object 即可。

歸根到底，它本質上是通過靜態的結構信息將優化與分析前置了。

Tips

最后，還是想提一下

所有的 benchmark 只能作為一個參考，具體是否有性能提升、提升多少還是建議你在實際的業務中測試；
fast-json-stringify 中使用到了 Function 構造函數，因此建議不要將用戶輸入直接用作 scheme，以防一些安全問題。

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參考資料

[1]

https://github.com/fastify/fast-json-stringify#benchmarks: https://github.com/fastify/fast-json-stringify#benchmarks

[2]

http://json-schema.org/latest/json-schema-validation.html: http://json-schema.org/latest/json-schema-validation.html

[3]

https://ajv.js.org/: https://ajv.js.org/

[4]

https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Function: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Function

[5]

https://github.com/lucagez/slow-json-stringify: https://github.com/lucagez/slow-json-stringify

[6]

https://github.com/lucagez/slow-json-stringify/blob/master/benchmark.md: https://github.com/lucagez/slow-json-stringify/blob/master/benchmark.md

總結

以上是生活随笔為你收集整理的你知道如何提升JSON.stringify()的性能吗？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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