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5. JsonFactory 工厂而已，还蛮有料，这是我没想到的

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发布于: 2020 年 08 月 20 日
5. JsonFactory工厂而已，还蛮有料，这是我没想到的

少年易学老难成，一寸光阴不可轻。本文已被 https://www.yourbatman.cn 收录，里面一并有Spring技术栈、MyBatis、JVM、中间件等小而美的专栏供以免费学习。关注公众号【BAT的乌托邦】逐个击破，深入掌握，



前言

各位好，我是YourBatman。前面用四篇文章介绍完了Jackson底层流式API的读（JsonParser）、写（JsonGenerator）操作，我们清楚的知道，这哥俩都是abstract抽象类，使用时并没有显示的去new它们的（子类）实例，均通过一个工厂来搞定，这便就是本文的主角JsonFactory。



通过名称就知道，这是工厂设计模式。Jackson它并不建议你直接new读/写实例，因为那过于麻烦。为了对使用者屏蔽这些复杂的构造细节，于是就有了JsonFactory实例工厂的出现。



可能有的人会说，一个对象工厂有什么好了解的，很简单嘛。非也非也，一件事情本身的复杂度并不会凭空消失，而是从一个地方转移到另外一个地方，这另外一个地方指的就是JsonFactory。因此按照本系列的定位，了解它你绕不过去。



版本约定

  • Jackson版本：2.11.0

  • Spring Framework版本：5.2.6.RELEASE

  • Spring Boot版本：2.3.0.RELEASE



正文

JsonFactory是Jackson的（最）主要工厂类，用于 配置和构建JsonGenerator和JsonParser，这个工厂实例是线程安全的，因此可以重复使用。



作为一个实例工厂，它最重要的职责当然是创建实例对象。本工厂职责并不单一，它负责读、写两种实例的创建工作。



创建JsonGenerator实例

JsonGenerator它负责向目的地写数据，因此强调的是目的地在哪？如何写？



如截图所示，一共有六个重载方法用于构建JsonGenerator实例，多个重载方法目的是对使用者友好，我们可以认为最终效果是一样的。比如，底层实现是：

JsonFactory:
    @Override
    public JsonGenerator createGenerator(OutputStream out, JsonEncoding enc) throws IOException {
        IOContext ctxt = _createContext(out, false);
        ctxt.setEncoding(enc);
		
		// 如果编码是UTF-8
        if (enc == JsonEncoding.UTF8) {
            return _createUTF8Generator(_decorate(out, ctxt), ctxt);
        }
        // 使用指定的编码把OutputStream包装为一个writer
        Writer w = _createWriter(out, enc, ctxt);
        return _createGenerator(_decorate(w, ctxt), ctxt);
    }

这就解释了，为何在详解JsonGenerator的这篇文章中，我一直以UTF8JsonGenerator作为实例进行讲解，因为例子中指定的编码就是UTF-8嘛。当然，即使你自己不显示的指定编码集，默认情况下Jackson也是使用UTF-8：

JsonFactory:
    @Override
    public JsonGenerator createGenerator(OutputStream out) throws IOException {
        return createGenerator(out, JsonEncoding.UTF8);
    }



示例：

@Test
public void test1() throws IOException {
    JsonFactory jsonFactory = new JsonFactory();
    JsonGenerator jsonGenerator1 = jsonFactory.createGenerator(System.out);
    JsonGenerator jsonGenerator2 = jsonFactory.createGenerator(System.out, JsonEncoding.UTF8);
    System.out.println(jsonGenerator1);
    System.out.println(jsonGenerator2);
}

运行程序，输出：

com.fasterxml.jackson.core.json.UTF8JsonGenerator@cb51256
com.fasterxml.jackson.core.json.UTF8JsonGenerator@59906517



创建JsonParser实例

JsonParser它负责从一个JSON字符串中提取出值，因此它强调的是数据从哪来？如何解析？



如截图所示，一共11个重载方法（其实最后一个不属于重载）用于构建JsonParser实例，它的底层实现是根据不同的数据媒介，使用了不同的处理方式，最终生成UTF8StreamJsonParser/ReaderBasedJsonParser。



你会发现这几个重载方法均无需我们指定编码集，那它是如何确定使用何种编码去解码形如byte[]数组这种数据来源的呢？这得益于其内部的编码自动发现机制实现，也就是ByteSourceJsonBootstrapper#detectEncoding()这个方法。



示例：

@Test
public void test2() throws IOException {
    JsonFactory jsonFactory = new JsonFactory();
    JsonParser jsonParser1 = jsonFactory.createParser("{}");
    // JsonParser jsonParser2 = jsonFactory.createParser(new FileReader("..."));
    JsonParser jsonParser3 = jsonFactory.createNonBlockingByteArrayParser();
    System.out.println(jsonParser1);
    // System.out.println(jsonParser2);
    System.out.println(jsonParser3);
}

运行程序，输出：

com.fasterxml.jackson.core.json.ReaderBasedJsonParser@5f3a4b84
com.fasterxml.jackson.core.json.async.NonBlockingJsonParser@27f723



创建非阻塞实例

值得注意的是，上面截图的11个方法中，最后一个并非重载。它创建的是一个非阻塞JSON解析器，也就是NonBlockingJsonParser，并且它还没有指定入参（数据源）。



NonBlockingJsonParser是Jackson在2.9版本新增的的一个解析器，目标是进一步提升效率、性能。但它也有局限的地方：只能解析使用UTF-8编码的内容，否则抛出异常。



当然喽，现在UTF-8编码几乎成为了标准编码手段，问题不大。但是呢，我自己玩了玩NonBlockingJsonParser，发现复杂度增加不少（玩半天才玩明白😄），效果却并不显著，因此这里了解一下便可，至少目前不建议深入探究。

小贴士：不管是Spring还是Redis的反序列化，使用的均是普通的解析器（阻塞IO）。因为JSON解析过程从来都不会是性能瓶颈（特殊场景除外）



JsonFactory的Feature

除了JsonGenerator和JsonParser有Feature来控制行为外，JsonFactory也有自己的Feature特征，来控制自己的行为，可以理解为它对读/写均生效。



同样的也是一个内部枚举类：

public enum Feature {
	INTERN_FIELD_NAMES(true),
	CANONICALIZE_FIELD_NAMES(true),
	FAIL_ON_SYMBOL_HASH_OVERFLOW(true),
	USE_THREAD_LOCAL_FOR_BUFFER_RECYCLING(true)
}

小贴士：枚举值均为bool类型，括号内为默认值



每个枚举值都控制着JsonFactory不同的行为。



INTERNFIELDNAMES(true)

这是Jackson所谓的key缓存：对JSON的字段名是否调用String#intern方法，放进字符串常量池里，以提高效率，默认是true。

小贴士：Jackson在调用String#intern之前使用InternCache（继承自ConcurrentHashMap）挡了一层，以防止高并发条件下intern效果不显著问题



intern()方法的作用这个老生常谈的话题了，解释为：当调用intern方法时，如果字符串池已经包含一个等于此String对象的字符串(内容相等)，则返回池中的字符串。否则，将此 String放进池子里。下面写个例子增加感受感受：

@Test
public void test2() {
    String str1 = "a";
    String str2 = "b";
    String str3 = "ab";
    String str4 = str1 + str2;
    String str5 = new String("ab");
    System.out.println(str5.equals(str3)); // true
    System.out.println(str5 == str3); // false
    // str5.intern()去常量池里找到了ab，所以直接返回常量池里的地址值了，因此是true
    System.out.println(str5.intern() == str3); // true
    System.out.println(str5.intern() == str4); // false
}



可想而知，开启这个小功能的意义还是蛮大的。因为同一个格式的JSON串被多次解析的可能性是非常之大的，想想你的Rest API接口，被调用多少次就会进行了多少次JSON解析（想想高并发场景）。这是一种用空间换时间的思想，所以小小功能，大大能量。

小贴士：如果你的应用对内存很敏感，你可以关闭此特征。但，真的有这种应用吗？有吗？



**值得注意的是：此特征必须是CANONICALIZE_FIELD_NAMES也为true（开启）的情况下才有效，否则是无效的。**



CANONICALIZEFIELDNAMES(true)

是否需要规范化属性名。所谓的规范化处理，就是去字符串池里尝试找一个字符串出来，默认值为true。规范化借助的是ByteQuadsCanonicalizer去处理，简而言之会根据Hash值来计算每个属性名存放的位置~

小贴士：ByteQuadsCanonicalizer拥有一套优秀的Hash算法来规范化属性存储，提高效率，抵御攻击（见下特征）



此特征开启了，INTERN_FIELD_NAMES特征的开启才有意义~



FAILONSYMBOLHASHOVERFLOW(true)

当ByteQuadsCanonicalizer处理hash碰撞达到一个阈值时，是否快速失败。



什么时候能达到阈值？官方的说明是：若触发了阈值，这基本可以确定是Dos（denial-of-service）攻击，制造了非常多的相同Hash值的key，这在正常情况下几乎是没有发生的可能性的。



所以，开启此特征值，可以防止攻击，在提高性能的同时也确保了安全。



USETHREADLOCALFORBUFFER_RECYCLING(true)

是否使用BufferRecycler、ThreadLocal、SoftReference来有效的重用底层的输入/输出缓冲区。这个特性在后端服务（JavaEE）环境下是很有意义的，提效明显。但是对于在Android环境下就不见得了~



总而言之言而总之，JsonFactory的这几个特征值都建议开启，也就是维持默认即可。



定制读/写实例

读写行为的控制是通过各自的Feature来控制的，JsonFactory作为一个功能并非单一的工厂类，需要既能够定制化读JsonParser，也能定制化写JsonGenerator。



为此，对应的API它都提供了三份（一份定制化自己的Feature）：

public JsonFactory enable(JsonFactory.Feature f);
public JsonFactory enable(JsonParser.Feature f);
public JsonFactory enable(JsonGenerator.Feature f);
public JsonFactory disable(JsonFactory.Feature f);
public JsonFactory disable(JsonParser.Feature f);
public JsonFactory disable(JsonGenerator.Feature f);
// 合二为一的Configure方法
public JsonFactory configure(JsonFactory.Feature f, boolean state);
public JsonFactory configure(JsonParser.Feature f, boolean state);
public JsonFactory configure(JsonGenerator.Feature f, boolean state);

使用示例：

@Test
public void test3() throws IOException {
    String jsonStr = "{\"age\":18, \"age\": 28 }";
    JsonFactory factory = new JsonFactory();
    factory.enable(JsonParser.Feature.STRICT_DUPLICATE_DETECTION);
    try (JsonParser jsonParser = factory.createParser(jsonStr)) {
        // 使用factory定制将不生效
        // factory.enable(JsonParser.Feature.STRICT_DUPLICATE_DETECTION);
        while (jsonParser.nextToken() != JsonToken.END_OBJECT) {
            String fieldname = jsonParser.getCurrentName();
            if ("age".equals(fieldname)) {
                jsonParser.nextToken();
                System.out.println(jsonParser.getIntValue());
            }
        }
    }
}

运行程序，抛出异常。证明特征开启成功，符合预期。

com.fasterxml.jackson.core.JsonParseException: Duplicate field 'age'
 at [Source: (String)"{"age":18, "age": 28 }"; line: 1, column: 17]



在使用JsonFactory定制化读/写实例的时需要特别注意：请务必确保在factory.createXXX()之前配置好对应的Feature特征，若在实例创建好之后再弄的话，对已经创建的实例无效。

小贴士：实例创建好后若你还想定制，可以使用实例自己的对应API操作



JsonFactoryBuilder

JsonFactory负责基类和实现类的双重任务，是比较重的，分离得也不彻底。同时，现在都2020年了，对于这种构建类工厂如果还不用Builder模式就现在太out了，书写起来也非常不便：

@Test
public void test4() throws IOException {
    JsonFactory jsonFactory = new JsonFactory();
    // jsonFactory自己的特征
    jsonFactory.enable(JsonFactory.Feature.INTERN_FIELD_NAMES);
    jsonFactory.enable(JsonFactory.Feature.CANONICALIZE_FIELD_NAMES);
    jsonFactory.enable(JsonFactory.Feature.USE_THREAD_LOCAL_FOR_BUFFER_RECYCLING);
    // JsonParser的特征
    jsonFactory.enable(JsonParser.Feature.ALLOW_SINGLE_QUOTES);
    jsonFactory.enable(JsonParser.Feature.ALLOW_BACKSLASH_ESCAPING_ANY_CHARACTER);
    // JsonGenerator的特征
    jsonFactory.enable(JsonGenerator.Feature.QUOTE_FIELD_NAMES);
    jsonFactory.enable(JsonGenerator.Feature.ESCAPE_NON_ASCII);
    // 创建读/写实例
    // jsonFactory.createParser(...);
    // jsonFactory.createGenerator(...);
}

功能实现上没毛病，但总显得不够优雅。同时上面也说了：定制化操作一定得在create创建动作之前执行，这全靠程序员自行控制。



Jackson在2.10版本新增了一个JsonFactoryBuilder构件类，让我们能够基于builder模式优雅的构建出一个JsonFactory实例。

小贴士：2.10版本是2019.09发布的



比如上面例子的代码使用JsonFactoryBuilder可重构为：

@Test
public void test4() throws IOException {
    JsonFactory jsonFactory = new JsonFactoryBuilder()
            // jsonFactory自己的特征
            .enable(INTERN_FIELD_NAMES)
            .enable(CANONICALIZE_FIELD_NAMES)
            .enable(USE_THREAD_LOCAL_FOR_BUFFER_RECYCLING)
            // JsonParser的特征
            .enable(ALLOW_SINGLE_QUOTES, ALLOW_BACKSLASH_ESCAPING_ANY_CHARACTER)
            // JsonGenerator的特征
            .enable(QUOTE_FIELD_NAMES, ESCAPE_NON_ASCII)
            .build();
    // 创建读/写实例
    // jsonFactory.createParser(...);
    // jsonFactory.createGenerator(...);
}

对比起来，使用Builder模式优雅太多了。



因为JsonFactory是线程安全的，因此一般情况下全局我们只需要一个JsonFactory实例即可，推荐使用JsonFactoryBuilder去完成你的构建。

小贴士：使用JsonFactoryBuilder确保你的Jackson版本至少是2.10版本哦~



SPI方式

从源码包里发现，JsonFactory是支持Java SPI方式构建实例的。

文件内容为：

com.fasterxml.jackson.core.JsonFactory

因此，我可以使用Java SPI的方式得到一个JsonFactory实例：

@Test
public void test5() {
    ServiceLoader<JsonFactory> jsonFactories = ServiceLoader.load(JsonFactory.class);
    System.out.println(jsonFactories.iterator().next());
}

运行程序，妥妥的输出：

com.fasterxml.jackson.core.JsonFactory@4abdb505

这种方式，玩玩即可，在这里没实际用途。



总结

本文围绕JsonFactory工厂为核心，讲解了它是如何创建、定制读/写实例的。对于自己的实例的创建共有三种方式：

  1. 直接new实例

  2. 使用JsonFactoryBuilder构建（需要2.10或以上版本）

  3. SPI方式创建实例



其中方式2是被推荐的，如果你的版本较低，就老老实实使用方式1呗。至于方式3嘛，玩玩就行，别当真。



至此，jackson-core的三大核心内容：JsonGenerator、JsonParser、JsonFactory全部介绍完了，它们是jackson 其它所有模块 的基石，需要掌握扎实喽。



下篇文章更有意思，会分析Jackson里Feature机制的设计，使用补码、掩码来实现是高效的体现，同时设计上也非常优美，下文见。



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发布于: 2020 年 08 月 20 日阅读数: 80

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来了，老弟
2020 年 08 月 20 日 12:25
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