Android FastJson整体架构与模块划分(1)

Android FastJson整体架构与模块划分

一、引言

在Android开发中，JSON数据格式的解析与处理是一项基础且关键的工作。FastJson作为阿里巴巴开源的高性能JSON处理库，因其卓越的解析速度和丰富的功能特性，被广泛应用于各类Android应用中。本文将从源码级别深入剖析FastJson的整体架构与模块划分，详细阐述其设计理念、核心组件及工作原理。

二、FastJson整体架构概述

2.1 架构设计目标

FastJson的架构设计主要追求以下目标：

• 高性能：通过优化算法和数据结构实现快速解析与序列化
• 灵活性：支持丰富的配置选项和扩展机制
• 兼容性：兼容多种JSON格式和特殊场景
• 易用性：提供简洁明了的API接口

2.2 核心架构层次

FastJson的架构可分为四个主要层次：

1. API层：提供面向开发者的公共接口
2. 解析/序列化引擎层：核心处理逻辑实现
3. 数据处理层：负责JSON数据的具体操作
4. 工具层：提供辅助功能和工具类

2.3 模块划分概览

FastJson主要包含以下核心模块：

• 解析模块：负责将JSON文本转换为Java对象
• 序列化模块：负责将Java对象转换为JSON文本
• 配置模块：管理解析和序列化的配置选项
• 类型处理模块：处理Java类型与JSON的映射关系
• 扩展模块：提供插件化扩展机制
• 工具模块：包含常用的辅助工具类

三、API层设计与实现

3.1 核心API类

FastJson的API层主要由以下几个核心类构成：

// com.alibaba.fastjson.JSON
public class JSON {
    // 将Java对象序列化为JSON字符串
    public static String toJSONString(Object object) { ... }
    
    // 将JSON字符串反序列化为Java对象
    public static <T> T parseObject(String text, Class<T> clazz) { ... }
    
    // 将JSON字符串反序列化为JSONObject
    public static JSONObject parseObject(String text) { ... }
    
    // 将JSON字符串反序列化为JSONArray
    public static JSONArray parseArray(String text) { ... }
    
    // 其他重载方法...
}

// com.alibaba.fastjson.JSONObject
public class JSONObject extends JSON implements Map<String, Object>, Cloneable, Serializable {
    // JSONObject的操作方法
    public Object get(Object key) { ... }
    public JSONObject put(String key, Object value) { ... }
    public Set<String> keySet() { ... }
    // 其他方法...
}

// com.alibaba.fastjson.JSONArray
public class JSONArray extends JSON implements List<Object>, Cloneable, RandomAccess, Serializable {
    // JSONArray的操作方法
    public Object get(int index) { ... }
    public void add(int index, Object element) { ... }
    public int size() { ... }
    // 其他方法...
}

3.2 API使用示例

开发者可以通过简单的静态方法调用使用FastJson：

// 序列化示例
User user = new User("John", 30);
String jsonString = JSON.toJSONString(user);

// 反序列化示例
User parsedUser = JSON.parseObject(jsonString, User.class);

3.3 API层的设计模式

API层采用了多种设计模式：

• 门面模式：JSON类作为统一的门面接口，隐藏内部实现细节
• 工厂模式：通过静态工厂方法创建JSON对象
• 策略模式：根据不同的配置选项选择不同的处理策略

四、解析引擎层实现原理

4.1 解析流程概述

FastJson的解析流程主要包括以下步骤：

1. 词法分析：将JSON文本分解为词法单元（Token）
2. 语法分析：根据词法单元构建JSON对象结构
3. 类型映射：将JSON数据映射到Java对象
4. 对象构建：创建并初始化Java对象

4.2 词法分析器（Lexer）实现

词法分析器负责将JSON文本转换为Token序列：

// com.alibaba.fastjson.parser.Lexer
public class Lexer {
    private final char[] text;  // JSON文本
    private int pos;            // 当前位置
    private int token;          // 当前Token类型
    
    // 解析下一个Token
    public void scan() {
        // 跳过空白字符
        skipWhitespace();
        
        // 根据当前字符确定Token类型
        char ch = text[pos];
        switch (ch) {
            case '{':
                token = JSONToken.LBRACE;
                pos++;
                break;
            case '}':
                token = JSONToken.RBRACE;
                pos++;
                break;
            case '[':
                token = JSONToken.LBRACKET;
                pos++;
                break;
            case ']':
                token = JSONToken.RBRACKET;
                pos++;
                break;
            case ':':
                token = JSONToken.COLON;
                pos++;
                break;
            case ',':
                token = JSONToken.COMMA;
                pos++;
                break;
            case '"':
                scanString();  // 扫描字符串
                break;
            case 'n':
                scanNull();    // 扫描null
                break;
            case 't':
                scanTrue();    // 扫描true
                break;
            case 'f':
                scanFalse();   // 扫描false
                break;
            default:
                if (ch >= '0' && ch <= '9' || ch == '-') {
                    scanNumber();  // 扫描数字
                } else {
                    throw new JSONException("illegal character");
                }
                break;
        }
    }
    
    // 其他扫描方法...
}

4.3 语法分析器（DefaultJSONParser）实现

语法分析器根据Token序列构建JSON对象：

// com.alibaba.fastjson.parser.DefaultJSONParser
public class DefaultJSONParser {
    private final Lexer lexer;      // 词法分析器
    private final ParserConfig config;  // 解析配置
    
    // 解析JSON对象
    public <T> T parseObject(Class<T> clazz) {
        // 获取相应的ObjectDeserializer
        ObjectDeserializer deserializer = config.getDeserializer(clazz);
        
        // 调用反序列化方法
        return (T) deserializer.deserialize(this, clazz, null);
    }
    
    // 解析JSON数组
    public JSONArray parseArray() {
        JSONArray array = new JSONArray();
        
        // 处理数组开始符号
        lexer.nextToken();
        
        // 解析数组元素
        while (true) {
            if (lexer.token() == JSONToken.RBRACKET) {
                lexer.nextToken();
                break;
            }
            
            // 解析数组元素
            Object value = parse();
            array.add(value);
            
            // 处理逗号分隔符
            if (lexer.token() == JSONToken.COMMA) {
                lexer.nextToken();
                continue;
            }
            
            if (lexer.token() == JSONToken.RBRACKET) {
                lexer.nextToken();
                break;
            }
            
            throw new JSONException("syntax error");
        }
        
        return array;
    }
    
    // 其他解析方法...
}

4.4 类型反序列化器（ObjectDeserializer）

FastJson通过ObjectDeserializer接口处理不同类型的反序列化：

// com.alibaba.fastjson.parser.deserializer.ObjectDeserializer
public interface ObjectDeserializer {
    <T> T deserialize(DefaultJSONParser parser, Type type, Object fieldName);
    
    int getFastMatchToken();
}

不同类型的反序列化器实现该接口，例如：

// com.alibaba.fastjson.parser.deserializer.StringDeserializer
public class StringDeserializer implements ObjectDeserializer {
    public final static StringDeserializer instance = new StringDeserializer();
    
    @Override
    public <T> T deserialize(DefaultJSONParser parser, Type type, Object fieldName) {
        final JSONLexer lexer = parser.lexer;
        
        // 处理字符串类型
        if (lexer.token() == JSONToken.LITERAL_STRING) {
            String val = lexer.stringVal();
            lexer.nextToken(JSONToken.COMMA);
            return (T) val;
        }
        
        // 处理其他类型
        if (lexer.token() == JSONToken.NULL) {
            lexer.nextToken();
            return null;
        }
        
        // 处理特殊情况
        Object value = parser.parse();
        
        if (value == null) {
            return null;
        }
        
        return (T) value.toString();
    }
    
    @Override
    public int getFastMatchToken() {
        return JSONToken.LITERAL_STRING;
    }
}

五、序列化引擎层实现原理

5.1 序列化流程概述

FastJson的序列化流程主要包括：

1. 对象遍历：递归遍历Java对象的所有字段
2. 类型处理：根据字段类型选择合适的序列化器
3. JSON构建：将对象转换为JSON格式文本
4. 输出处理：生成最终的JSON字符串

5.2 序列化器（ObjectSerializer）接口

// com.alibaba.fastjson.serializer.ObjectSerializer
public interface ObjectSerializer {
    void write(JSONSerializer serializer, Object object, Object fieldName, Type fieldType, int features) throws IOException;
}

5.3 序列化器实现示例

以StringSerializer为例：

// com.alibaba.fastjson.serializer.StringSerializer
public class StringSerializer implements ObjectSerializer {
    public final static StringSerializer instance = new StringSerializer();
    
    @Override
    public void write(JSONSerializer serializer, Object object, Object fieldName, Type fieldType, int features) throws IOException {
        SerializeWriter out = serializer.out;
        
        String str = (String) object;
        if (str == null) {
            out.writeNull();
            return;
        }
        
        // 处理特殊字符
        char[] chars = str.toCharArray();
        for (char c : chars) {
            switch (c) {
                case '\"':
                    out.write("\\\"");
                    break;
                case '\\':
                    out.write("\\\\");
                    break;
                case '\b':
                    out.write("\\b");
                    break;
                case '\f':
                    out.write("\\f");
                    break;
                case '\n':
                    out.write("\\n");
                    break;
                case '\r':
                    out.write("\\r");
                    break;
                case '\t':
                    out.write("\\t");
                    break;
                default:
                    out.write(c);
                    break;
            }
        }
    }
}

5.4 JSON生成器（SerializeWriter）

SerializeWriter负责生成JSON文本：

// com.alibaba.fastjson.serializer.SerializeWriter
public class SerializeWriter extends Writer {
    private char[] buf;
    private int count;
    
    // 写入各种类型的数据
    public void write(char c) {
        ensureCapacity(count + 1);
        buf[count++] = c;
    }
    
    public void write(String str) {
        if (str == null) {
            writeNull();
            return;
        }
        
        int len = str.length();
        ensureCapacity(count + len);
        str.getChars(0, len, buf, count);
        count += len;
    }
    
    public void writeNull() {
        write("null");
    }
    
    // 其他写入方法...
}

六、配置模块设计与实现

6.1 配置类（ParserConfig/SerializerFeature）

FastJson通过ParserConfig和SerializerFeature管理解析和序列化配置：

// com.alibaba.fastjson.parser.ParserConfig
public class ParserConfig {
    // 全局配置实例
    public static final ParserConfig global = new ParserConfig();
    
    // 类型反序列化器缓存
    private final ConcurrentHashMap<Type, ObjectDeserializer> deserializers = new ConcurrentHashMap<Type, ObjectDeserializer>();
    
    // 其他配置选项
    private boolean autoTypeSupport = false;
    private boolean asmEnable = true;
    // 其他配置项...
    
    // 获取反序列化器
    public ObjectDeserializer getDeserializer(Type type) {
        ObjectDeserializer deserializer = deserializers.get(type);
        if (deserializer == null) {
            // 创建并缓存新的反序列化器
            deserializer = createDeserializer(type);
            deserializers.putIfAbsent(type, deserializer);
        }
        return deserializer;
    }
    
    // 其他配置方法...
}

// com.alibaba.fastjson.serializer.SerializerFeature
public enum SerializerFeature {
    QuoteFieldNames,           // 字段名使用引号
    UseSingleQuotes,           // 使用单引号
    WriteMapNullValue,         // 输出null值
    WriteEnumUsingToString,    // 枚举使用toString()
    // 其他特性...
}

6.2 配置使用示例

开发者可以通过以下方式配置FastJson：

// 配置序列化特性
String jsonString = JSON.toJSONString(obj, 
        SerializerFeature.WriteMapNullValue, 
        SerializerFeature.QuoteFieldNames);

// 配置解析特性
ParserConfig config = new ParserConfig();
config.setAutoTypeSupport(true);
Object obj = JSON.parseObject(jsonString, Object.class, config);

七、类型处理模块实现原理

7.1 类型映射机制

FastJson通过TypeUtils类处理Java类型与JSON的映射：

// com.alibaba.fastjson.util.TypeUtils
public class TypeUtils {
    // 将JSON对象转换为指定类型
    public static Object cast(Object obj, Type type, ParserConfig config) {
        if (obj == null) {
            return null;
        }
        
        // 处理基本类型
        if (type instanceof Class<?>) {
            Class<?> clazz = (Class<?>) type;
            
            if (clazz == Integer.class || clazz == int.class) {
                return castToInt(obj);
            }
            
            if (clazz == Long.class || clazz == long.class) {
                return castToLong(obj);
            }
            
            // 其他基本类型处理...
        }
        
        // 处理泛型类型
        if (type instanceof ParameterizedType) {
            // 处理泛型类型逻辑...
        }
        
        // 其他类型处理...
        return obj;
    }
    
    // 其他类型处理方法...
}

7.2 自动类型支持

FastJson通过@type字段支持自动类型识别：

// 序列化时包含类型信息
String jsonString = JSON.toJSONString(obj, SerializerFeature.WriteClassName);

// 反序列化时自动识别类型
Object obj = JSON.parseObject(jsonString, Object.class);

7.3 自定义类型处理器

开发者可以通过实现ObjectSerializer和ObjectDeserializer接口自定义类型处理：

// 自定义序列化器
public class DateSerializer implements ObjectSerializer {
    @Override
    public void write(JSONSerializer serializer, Object object, Object fieldName, Type fieldType, int features) throws IOException {
        Date date = (Date) object;
        serializer.write(date.getTime());
    }
}

// 注册自定义序列化器
SerializeConfig.getGlobalInstance().put(Date.class, new DateSerializer());

八、扩展模块设计与实现

8.1 过滤器机制

FastJson通过过滤器机制允许开发者在序列化和解析过程中插入自定义逻辑：

// com.alibaba.fastjson.serializer.ValueFilter
public interface ValueFilter extends SerializeFilter {
    Object process(Object object, String name, Object value);
}

// 使用示例
ValueFilter filter = new ValueFilter() {
    @Override
    public Object process(Object object, String name, Object value) {
        if (value instanceof String) {
            return ((String) value).toUpperCase();
        }
        return value;
    }
};

String jsonString = JSON.toJSONString(obj, filter);

8.2 序列化/反序列化扩展

开发者可以通过SPI机制扩展FastJson的功能：

// 定义扩展接口
public interface FastJsonProvider {
    ObjectSerializer getSerializer(Class<?> clazz);
    ObjectDeserializer getDeserializer(Class<?> clazz);
}

// 实现扩展
public class MyFastJsonProvider implements FastJsonProvider {
    @Override
    public ObjectSerializer getSerializer(Class<?> clazz) {
        if (clazz == MyClass.class) {
            return new MyClassSerializer();
        }
        return null;
    }
    
    @Override
    public ObjectDeserializer getDeserializer(Class<?> clazz) {
        if (clazz == MyClass.class) {
            return new MyClassDeserializer();
        }
        return null;
    }
}

// 在META-INF/services目录下创建文件
// 文件名为com.alibaba.fastjson.spi.FastJsonProvider
// 内容为实现类的全限定名

九、工具模块功能详解

9.1 常用工具类

FastJson提供了多个实用工具类：

• JSONPath：用于JSON路径表达式查询
• JSONValidator：用于JSON格式验证
• IOUtils：提供IO操作辅助方法
• ASMUtils：提供ASM相关工具方法

9.2 JSONPath实现原理

JSONPath允许通过路径表达式访问JSON数据：

// 使用示例
JSONObject jsonObject = JSON.parseObject(jsonString);
Object value = JSONPath.eval（jsonObject, "$.user.name");

// JSONPath核心类
// com.alibaba.fastjson.JSONPath
public class JSONPath {
    private final Expression expression;
    
    // 编译路径表达式
    public static JSONPath compile(String path) {
        return new JSONPath(Expression.compile(path));
    }
    
    // 计算路径表达式的值
    public Object eval（Object rootObject) {
        return expression.eval（rootObject);
    }
    
    // 其他方法...
}

十、FastJson在Android中的优化与适配

10.1 Android环境适配

FastJson针对Android环境做了以下优化：

• 减少反射使用，提高性能
• 优化内存占用，避免OOM
• 适配Android不同版本的类加载机制
• 支持Android的ProGuard混淆

10.2 性能优化

FastJson在Android中的性能优化措施：

• 使用ASM生成序列化和反序列化代码
• 实现对象池复用机制，减少对象创建开销
• 优化字符串处理，减少内存分配
• 支持并行解析和序列化

10.3 Android使用注意事项

在Android中使用FastJson需要注意：

• 处理大文件时使用流式解析
• 合理配置序列化和解析参数
• 避免在主线程进行复杂的JSON处理
• 处理特殊字符和编码问题