Java高性能序列化工具Kryo怎么使用

蜗牛 互联网技术资讯 2022-06-10 20 0

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    概述

    Kryo 是一个快速序列化/反序列化工具,依赖于字节码生成机制(底层使用了 ASM 库),因此在序列化速度上有一定的优势,但正因如此,其使用也只能限制在基于 JVM 的语言上。

    和 Hessian 类似,Kryo 序列化出的结果,是其自定义的、独有的一种格式。由于其序列化出的结果是二进制的,也即 byte[],因此像 Redis 这样可以存储二进制数据的存储引擎是可以直接将 Kryo 序列化出来的数据存进去。当然你也可以选择转换成 String 的形式存储在其他存储引擎中(性能有损耗)。

    基础用法

    介绍了这么多,接下来我们就来看看 Kryo 的基础用法吧。其实对于序列化框架来说,API 基本都差不多,毕竟入参和出参通常都是确定的(需要序列化的对象/序列化的结果)。在使用 Kryo 之前,我们需要引入相应的依赖。

    <dependency>
      <groupId>com.esotericsoftware</groupId>
      <artifactId>kryo</artifactId>
      <version>5.2.0</version>
    </dependency>

    基本使用如下所示:

    import com.esotericsoftware.kryo.Kryo;
    import com.esotericsoftware.kryo.io.Input;
    import com.esotericsoftware.kryo.io.Output;
    import java.io.*;
    public class HelloKryo {
       static public void main(String[] args) throws Exception {
           Kryo kryo = new Kryo();
           kryo.register(SomeClass.class);
           SomeClass object = new SomeClass();
           object.value = "Hello Kryo!";
           Output output = new Output(new FileOutputStream("file.bin"));
           kryo.writeObject(output, object);
           output.close();
    
           Input input = new Input(new FileInputStream("file.bin"));
           SomeClass object2 = kryo.readObject(input, SomeClass.class);
           input.close();
           System.out.println(object2.value);
      }
       static public class SomeClass {
           String value;
      }
    }

    Kryo 类会自动执行序列化。Output 类和 Input 类负责处理缓冲字节,并写入到流中。如果序列化前和序列化后类的字段不一致,反序列化会失败。

    Kryo 的序列化

    作为一个灵活的序列化框架,Kryo 并不关心读写的数据,作为开发者,你可以随意使用 Kryo 提供的那些开箱即用的序列化器。

    Kryo 的注册

    和很多其他的序列化框架一样,Kryo 为了提供性能和减小序列化结果体积,提供注册的序列化对象类的方式。在注册时,会为该序列化类生成 int ID,后续在序列化时使用 int ID 唯一标识该类型。

    注册的方式如下:

    kryo.register(SomeClass.class);

    或者

    kryo.register(SomeClass.class, 1);

    可以明确指定注册类的 int ID,但是该 ID 必须大于等于 0。如果不提供,内部将会使用 int++的方式维护一个有序的 int ID 生成。

    Kryo 的序列化器

    Kryo 支持多种序列化器,通过源码我们可窥知一二

    Java高性能序列化工具Kryo怎么使用  java 第1张

    虽然 Kryo 提供的序列化器可以读写大多数对象,但开发者也可以轻松的制定自己的序列化器。篇幅限制,这里就不展开说明了,仅以默认的序列化器为例。

    对象引用

    在新版本的 Kryo 中,默认情况下是不启用对象引用的。这意味着如果一个对象多次出现在一个对象图中,它将被多次写入,并将被反序列化为多个不同的对象。

    举个例子,当开启了引用属性,每个对象第一次出现在对象图中,会在记录时写入一个 varint,用于标记。当此后有同一对象出现时,只会记录一个 varint,以此达到节省空间的目标。此举虽然会节省序列化空间,但是是一种用时间换空间的做法,会影响序列化的性能,这是因为在写入/读取对象时都需要进行追踪。

    开发者可以使用 kryo 自带的 setReferences 方法来决定是否启用 Kryo 的引用功能。

    public class KryoReferenceDemo {
        public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
            Kryo kryo = new Kryo();
            kryo.register(User.class);
            kryo.register(Account.class);
            User user = new User();
            user.setUsername("alvin");
            Account account = new Account();
            account.setAccountNo("10000");
            // 循环引用
            user.setAccount(account);
            account.setUser(user);
    
            // 这里需要设置为true,才不会报错
            kryo.setReferences(true);
    
            Output output = new Output(new FileOutputStream("kryoreference.bin"));
            kryo.writeObject(output, user);
            output.close();
    
            Input input = new Input(new FileInputStream("kryoreference.bin"));
            User object2 = kryo.readObject(input, User.class);
            input.close();
            System.out.println(object2.getUsername());
            System.out.println(object2.getAccount().getAccountNo());
        }
    
        public static class User {
            private String username;
            private Account account;
            public String getUsername() {
                return username;
            }
            public void setUsername(String username) {
                this.username = username;
            }
            public Account getAccount() {
                return account;
            }
            public void setAccount(Account account) {
                this.account = account;
            }
        }
        public static class Account {
            private String accountNo;
            private String amount;
            private User user;
            public String getAccountNo() {
                return accountNo;
            }
           public void setAccountNo(String accountNo) {
                this.accountNo = accountNo;
            }
            public String getAmount() {
                return amount;
            }
            public void setAmount(String amount) {
                this.amount = amount;
            }
            public User getUser() {
                return user;
            }
            public void setUser(User user) {
                this.user = user;
            }
        }
    }

    如果序列化前的setReferences(false), 后面设置setReferences(true)进行反序列化,会失败。

    线程不安全

    Kryo 不是线程安全的。每个线程都应该有自己的 Kryo 对象、输入和输出实例。

    因此在多线程环境中,可以考虑使用 ThreadLocal 或者对象池来保证线程安全性。

    ThreadLocal + Kryo 解决线程不安全

    ThreadLocal 是一种典型的牺牲空间来换取并发安全的方式,它会为每个线程都单独创建本线程专用的 kryo 对象。对于每条线程的每个 kryo 对象来说,都是顺序执行的,因此天然避免了并发安全问题。创建方法如下:

    static private final ThreadLocal<Kryo> kryos = new ThreadLocal<Kryo>() {
      protected Kryo initialValue() {
         Kryo kryo = new Kryo();
         // 在此处配置kryo对象的使用示例,如循环引用等
         return kryo;
      };
    };
    
    Kryo kryo = kryos.get();

    之后,仅需要通过 kryos.get() 方法从线程上下文中取出对象即可使用。

    对象池 + Kryo 解决线程不安全

    「池」是一种非常重要的编程思想,连接池、线程池、对象池等都是

    「复用」思想的体现,通过将创建的“对象”保存在某一个“容器”中,以便后续反复使用,避免创建、销毁的产生的性能损耗,以此达到提升整体性能的作用。

    Kryo 对象池原理也是如此。Kryo 框架自带了对象池的实现,整个使用过程不外乎创建池、从池中获取对象、归还对象三步,以下为代码实例。

    // Pool constructor arguments: thread safe, soft references, maximum capacity
    Pool<Kryo> kryoPool = new Pool<Kryo>(true, false, 8) {
      protected Kryo create () {
         Kryo kryo = new Kryo();
         // Kryo 配置
         return kryo;
      }
    };
    
    // 获取池中的Kryo对象
    Kryo kryo = kryoPool.obtain();
    // 将kryo对象归还到池中
    kryoPool.free(kryo);

    创建 Kryo 池时需要传入三个参数,其中第一个参数用于指定是否在 Pool 内部使用同步,如果指定为 true,则允许被多个线程并发访问。第三个参数适用于指定对象池的大小的,这两个参数较容易理解,因此重点来说一下第二个参数。

    如果将第二个参数设置为 true,Kryo 池将会使用 java.lang.ref.SoftReference 来存储对象。这允许池中的对象在 JVM 的内存压力大时被垃圾回收。Pool clean 会删除所有对象已经被垃圾回收的软引用。当没有设置最大容量时,这可以减少池的大小。当池子有最大容量时,没有必要调用 clean,因为如果达到了最大容量,Pool free 会尝试删除一个空引用。

    创建完 Kryo 池后,使用 kryo 就变得异常简单了,只需调用 kryoPool.obtain() 方法即可,使用完毕后再调用 kryoPool.free(kryo) 归还对象,就完成了一次完整的租赁使用。

    理论上,只要对象池大小评估得当,就能在占用极小内存空间的情况下完美解决并发安全问题。如果想要封装一个 Kryo 的序列化方法,可以参考如下的代码

    public static byte[] serialize(Object obj) {
       Kryo kryo = kryoPool.obtain();
       // 使用 Output 对象池会导致序列化重复的错误(getBuffer返回了Output对象的buffer引用)
       try (Output opt = new Output(1024, -1)) {
           kryo.writeClassAndObject(opt, obj);
           opt.flush();
           return opt.getBuffer();
      }finally {
           kryoPool.free(kryo);
      }
    }

    读到这里,这篇“Java高性能序列化工具Kryo怎么使用”文章已经介绍完毕,想要掌握这篇文章的知识点还需要大家自己动手实践使用过才能领会,如果想了解更多相关内容的文章,欢迎关注蜗牛博客行业资讯频道。

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