加快Java的文件序列化速度

自从第一个Java版本开始，很多开发人员一直都在尝试让Java获得最少和C/C++一样的表现。JVM提供商尽他们最大的努力去实现一些新的JIT算法，但是还是有很多需要做的，特别是在我们使用Java的方法上。

例如，在对象<->文件序列化上就差距很大--尤其在读写内存对象上。我将就这个主题做一些解释和分享。

所有的测试都是在下面这个对象上执行的：

1	public class TestObject implements Serializable {

2

3	private long longVariable;

4	private long [] longArray;

5	private String stringObject;

6	private String secondStringObject; //just for testing nulls

7

8	/* getters and setters */

9

}

 

为了简单起见，我将只贴出写入方法（尽管读取类似），完整的源码在我的GitHub上可以找到（http://github.com/jkubrynski/serialization-tests ）

最标准的java序列化（我们都是从这里学起的）是这样的：

01	public void testWriteBuffered(TestObject test, String fileName) throws IOException {

02	ObjectOutputStream objectOutputStream = null ;

03

try {

04	FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName);

05	BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos);

06	objectOutputStream = new ObjectOutputStream(bos);

07	objectOutputStream.writeObject(test);

08	} finally {

09	if (objectOutputStream != null ) {

10	objectOutputStream.close();

11

}

12

}

13

}

 

提升标准序列化速度的最简单方法时使用RandomAccessFile对象：

01	public void testWriteBuffered(TestObject test, String fileName) throws IOException {

02	ObjectOutputStream objectOutputStream = null ;

03

try {

04	RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(fileName, "rw" );

05	FileOutputStream fos = new FileOutputStream(raf.getFD());

06	objectOutputStream = new ObjectOutputStream(fos);

07	objectOutputStream.writeObject(test);

08	} finally {

09	if (objectOutputStream != null ) {

10	objectOutputStream.close();

11

}

12

}

 

更高深点的技术是使用Kryo 框架，新旧版本的差距是很大的，我做过测试。因为性能比较上并没有体现出特别引人注意的差异，所以我将使用2.x版本，因为它对用户更友好而且更快些。

01	private static Kryo kryo = new Kryo(); // version 2.x

02

03	public void testWriteBuffered(TestObject test, String fileName) throws IOException {

04	Output output = null ;

05

try {

06	RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(fileName, "rw" );

07	output = new Output( new FileOutputStream(raf.getFD()), MAX_BUFFER_SIZE);

08	kryo.writeObject(output, test);

09	} finally {

10	if (output != null ) {

11	output.close();

12

}

13

}

14

}

 

最后一个方案是在Martin Thompson的文章中提到的（Native C/C++ Like Performance For Java Object Serialisation ），介绍了怎样在Java中像C++那样和内存打交道。

01	public void testWriteBuffered(TestObject test, String fileName) throws IOException {

02	RandomAccessFile raf = null ;

03

try {

04	MemoryBuffer memoryBuffer = new MemoryBuffer(MAX_BUFFER_SIZE);

05	raf = new RandomAccessFile(fileName, "rw" );

06	test.write(memoryBuffer);

07	raf.write(memoryBuffer.getBuffer());

08	} catch (IOException e) {

09	if (raf != null ) {

10	raf.close();

11

}

12

}

13

}

 

TestObject写入方法如下：

01	public void write(MemoryBuffer unsafeBuffer) {

02	unsafeBuffer.putLong(longVariable);

03	unsafeBuffer.putLongArray(longArray);

04	// we support nulls

05	boolean objectExists = stringObject != null ;

06	unsafeBuffer.putBoolean(objectExists);

07	if (objectExists) {

08	unsafeBuffer.putCharArray(stringObject.toCharArray());

09

}

10	objectExists = secondStringObject != null ;

11	unsafeBuffer.putBoolean(objectExists);

12	if (objectExists) {

13	unsafeBuffer.putCharArray(secondStringObject.toCharArray());

14

}

15

}

 

直接内存缓冲区类（已简化了的，仅仅为了展示这个思想）

01	public class MemoryBuffer {

02	// getting Unsafe by reflection

03	public static final Unsafe unsafe = UnsafeUtil.getUnsafe();

04

05	private final byte [] buffer;

06

07	private static final long byteArrayOffset = unsafe.arrayBaseOffset( byte []. class );

08	private static final long longArrayOffset = unsafe.arrayBaseOffset( long []. class );

09	/* other offsets */

10

11	private static final int SIZE_OF_LONG = 8;

12	/* other sizes */

13

14	private long pos = 0;

15

16	public MemoryBuffer(int bufferSize) {

17	this.buffer = new byte[bufferSize];

18

}

19

20	public final byte[] getBuffer() {

21	return buffer;

22

}

23

24	public final void putLong(long value) {

25	unsafe.putLong(buffer, byteArrayOffset + pos, value);

26	pos += SIZE_OF_LONG;

27

}

28

29	public final long getLong() {

30	long result = unsafe.getLong(buffer, byteArrayOffset + pos);

31	pos += SIZE_OF_LONG;

32	return result;

33

}

34

35	public final void putLongArray(final long[] values) {

36	putInt(values.length);

37	long bytesToCopy = values.length << 3;

38	unsafe.copyMemory(values, longArrayOffset, buffer, byteArrayOffset + pos, bytesToCopy);

39	pos += bytesToCopy;

40

}

41

42

43	public final long[] getLongArray() {

44	int arraySize = getInt();

45	long[] values = new long[arraySize];

46	long bytesToCopy = values.length << 3;

47	unsafe.copyMemory(buffer, byteArrayOffset + pos, values, longArrayOffset, bytesToCopy);

48	pos += bytesToCopy;

49	return values;

50

}

51

52	/* other methods */

53

}

 

几个小时的Caliper 测试结果如下：

	Full trip [ns]	Standard deviation [ns]
Standard	207307	2362
Standard on RAF	42661	733
KRYO 1.x	12027	112
KRYO 2.x	11479	259
Unsafe	8554	91

在最后我们可以得出一些结论：

• Unsafe序列化比标准的java.io.Serizlizable快了23倍
• 使用RandomAccessFile可以使标准的有缓冲序列化加速将近4倍
• Kryo-dynamic序列化大约比手写实现的直接缓冲满了35%

最后，就像我们看到的那样，还是没有绝对的答案。对于我们中的大多数人来说，获得3000ns(0.003ms)的速度提升是不值得为每个需要序列化的对象来写单独实现的。在标准的方案中，我们大多数选择Kryo  。然而，在惜时如金的低延时系统中，这个选择将会是完全不同的。