摘要：然后，生成的完整的字符串大致如下以上是一系列通用的鍵值轉(zhuǎn)換方法就是的主體函數(shù)其他屬性的拼接最后，將字符串傳入構(gòu)造函數(shù)來創(chuàng)建相應(yīng)的函數(shù)。

在瀏覽器端或服務(wù)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(yīng)體中的 JSON 形式的數(shù)據(jù)；

甚至某些條件下，我們還會用它來實(shí)現(xiàn)一個簡單的深拷貝；

……

在一些性能敏感的場合下（例如服務(wù)端處理大量并發(fā)），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(yōu)化的 stringify 方案/庫，下圖是它們與原生方法的性能對比：

綠色部分時原生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(shù)原理是什么呢？

由于 JavaScript 是動態(tài)性很強(qiáng)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(yùn)行時確定。因此，執(zhí)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(yōu)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(jié)構(gòu)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(yīng)用JSON.stringify()，得到結(jié)果為

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

現(xiàn)在如果我們知道這個obj的結(jié)構(gòu)是固定的：

鍵名不變

鍵值的類型一定

那么其實(shí)，我可以創(chuàng)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(jié)果，但只用到了類型轉(zhuǎn)換和字符串拼接，所以“定制化”方法可以讓“stringify”更快。

總結(jié)來看，如何得到比 stringify 更快的 stringify 方法呢？

需要先確定對象的結(jié)構(gòu)信息；

根據(jù)其結(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，其內(nèi)部實(shí)際是通過字符串拼接生成結(jié)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(shù) stringify 加速庫的套路，轉(zhuǎn)化為代碼就是類似：

import faster from "some_library_faster_stringify";

// 1. 通過相應(yīng)規(guī)則，定義你的對象結(jié)構(gòu)
const theObjectScheme = {
    // ……
};

// 2. 根據(jù)結(jié)構(gòu)，得到一個定制化的方法
const stringify = faster(theObjectScheme);

// 3. 調(diào)用方法，快速 stringify
const target = {
    // ……
};
stringify(target);

根據(jù)上面的分析，核心功能在于，根據(jù)其結(jié)構(gòu)信息，為該類對象創(chuàng)建“定制化”的stringify方法，其內(nèi)部實(shí)際是簡單的屬性訪問與字符串拼接。

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

下圖是根據(jù) fast-json-stringify 提供的 benchmark 結(jié)果，整理出來的性能對比。

可以看到，在大多數(shù)場景下具備2-5倍的性能提升。

fast-json-stringify 使用了 JSON Schema Validation 來定義（JSON）對象的數(shù)據(jù)格式。其 scheme 定義的結(jié)構(gòu)本身也是 JSON 格式的，例如對象

{
    name: "alienzhou",
    status: 6,
    working: true
}

對應(yīng)的 scheme 就是：

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

其 scheme 定義規(guī)則豐富，具體使用可以參考 Ajv 這個 JSON 校驗(yàn)庫。

fast-json-stringify 會根據(jù)剛才定義的 scheme，拼接生成出實(shí)際的函數(shù)代碼字符串，然后使用 Function 構(gòu)造函數(shù)在運(yùn)行時動態(tài)生成對應(yīng)的 stringify 函數(shù)。

在代碼生成上，首先它會注入預(yù)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(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。

遍歷 scheme 時，根據(jù)定義的類型，在對應(yīng)代碼處插入相應(yīng)的工具函數(shù)用于鍵值轉(zhuǎn)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 += $asNull()
        `
        break
    case "string":
        code += nullable ? `json += obj${accessor} === null ? null : $asString(obj${accessor})` : `json += $asString(obj${accessor})`
        break
    case "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(shù)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(shù)組、及聯(lián)對象等復(fù)雜情況，實(shí)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(zhuǎn)換方法 */

/* $main 就是 stringify 的主體函數(shù) */
function $main(input) {
    var obj = typeof input.toJSON === "function"
        ? input.toJSON()
        : input

    var json = "{"
    var addComma = false
    if (obj["name"] !== undefined) {
        if (addComma) {
            json += ","
        }
        addComma = true
        json += ""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(gòu)造函數(shù)來創(chuàng)建相應(yīng)的 stringify 函數(shù)。

// 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))

slow-json-stringify 雖然名字叫 "slow"，但其實(shí)是一個 "fast" 的 stringify 庫（命名很調(diào)皮）。

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

它的實(shí)現(xiàn)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。

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?yōu)?/p>

{
    name: "string",
    status: "number",
    working: "boolean"
}

確實(shí)非常直觀。

不知道你注意到?jīng)]有

// scheme
{
    name: "string",
    status: "number",
    working: "boolean"
}

// 目標(biāo)對象
{
    name: "alienzhou",
    status: 6,
    working: true
}

scheme 和原對象的結(jié)構(gòu)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(shí)際的值直接填充到 scheme 對應(yīng)的類型聲明處。

具體如何操作呢？

首先，可以直接對 scheme 調(diào)用JSON.stringify()來生成基礎(chǔ)模版，同時借用JSON.stringify()的第二個參數(shù)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;
});

此時，map 里收集所有屬性的訪問路徑。同時生成的props可以拼接為匹配相應(yīng)類型字符還的正則表達(dá)式，例如我們這個例子里的正則表達(dá)式為/name|status|working"(string|number|boolean|undef)"|[(.*?)]/。

然后，根據(jù)正則表達(dá)式來順序匹配這些屬性，替換掉屬性類型的字符串，換成統(tǒng)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(shù)組。chunks里包含了被分割的 JSON 字符串。以例子來說，兩個數(shù)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(jù) prop 訪問到對象中某個屬性的值，循環(huán)遍歷數(shù)組，將其與對應(yīng)的 chunks 拼接即可。

從代碼量和實(shí)現(xiàn)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(tài)生成或執(zhí)行函數(shù)。

雖然不同庫的實(shí)現(xiàn)有差異，但從整體思路上來說，實(shí)現(xiàn)高性能 stringify 的方式都是一樣的：

開發(fā)者定義 Object 的 JSON scheme；

stringify 庫根據(jù) scheme 生成對應(yīng)的模版方法，模版方法里會對屬性與值進(jìn)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(fā)者調(diào)用返回的方法來 stringify Object 即可。

歸根到底，它本質(zhì)上是通過靜態(tài)的結(jié)構(gòu)信息將優(yōu)化與分析前置了。

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(shí)際的業(yè)務(wù)中測試；

fast-json-stringify 中使用到了 Function 構(gòu)造函數(shù)，因此建議不要將用戶輸入直接用作 scheme，以防一些安全問題。