内容简介:近日,GitHub 开源了一 JSON 解析器 simdjson,通过与其他常用解析器的对比实验,结果显示,simdjson 的解析速度达到 2.2GB/s,远远秒杀其他解析器,在下文中,我们将为大家详细介绍 simdjson。以下全文为 simdjson 在 GitHub 上的文档。JSON 文档在互联网上无处不在,服务器花费大量时间来解析这些文档。我们希望在进行完全验证(包括字符编码)的同时尽可能使用常用的 SIMD 指令来加速 JSON 的解析。相比最先进的解析器(如 RapidJSON),我们可能使
近日,GitHub 开源了一 JSON 解析器 simdjson,通过与其他常用解析器的对比实验,结果显示,simdjson 的解析速度达到 2.2GB/s,远远秒杀其他解析器,在下文中,我们将为大家详细介绍 simdjson。以下全文为 simdjson 在 GitHub 上的文档。
JSON 文档在互联网上无处不在,服务器花费大量时间来解析这些文档。我们希望在进行完全验证(包括字符编码)的同时尽可能使用常用的 SIMD 指令来加速 JSON 的解析。
一些性能结果
相比最先进的解析器(如 RapidJSON),我们可能使用四分之一或更少的指令,也只有 sajson 的一半。据我们所知,simdjson 是第一个在商用处理器上以每秒千兆字节速度运行的完全验证 JSON 解析器。
在 Skylake 处理器上,各种解析器解析 twitter.json 文件的速度(以 GB/s 为单位)如下所示。
基本要求
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通过 Visual Studio 2017 或更高版本支持 Linux 、macOS 以及 Windows 等平台;
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带有 AVX2 的处理器;
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支持最近的 C++ 编译器(例如,GNU GCC 或 LLVM CLANG 或 Visual Studio 2017),我们假设是 C++ 17,GNU GCC 7 或更高版本,或者 LLVM 的 clang 6 或更高版本;
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提供一些基准测试脚本,可以是 bash 和其他常用的实用命令程序,但是是可选的。
许可
代码采用 Apache License 2.0 许可。
在 Windows 下,我们使用 windows/dirent_portable.h 文件(在我们的库代码之外)构建了一些工具:基于自由的 MIT 许可。
代码示例
复制代码
#include"simdjson/jsonparser.h" /... constchar*filename =...// // use whatever means you want to get a string of your JSON document std::string_view p = get_corpus(filename); ParsedJson pj; pj.allocateCapacity(p.size());// allocate memory for parsing up to p.size() bytes boolis_ok = json_parse(p,pj);// do the parsing, return false on error // parsing is done! // You can safely delete the string content free((void*)p.data()); // the ParsedJson document can be used here // js can be reused with other json_parse calls.
如果你不介意为每个新的 JSON 文档分配内存,也可以使用更简单的 API:
复制代码
#include"simdjson/jsonparser.h" /... constchar*filename =...// std::string_view p = get_corpus(filename); ParsedJson pj = build_parsed_json(p);// do the parsing // you no longer need p at this point, can do aligned_free((void*)p.data()) if( ! pj.isValid()) { // something went wrong }
用法
简单的头文件
头文件可以看一下代码库的“singleheader”,用法可以看一下“amalgamation_demo.cpp”文件。这里不要求使用特定的构建系统:只需要将文件复制到项目中的路径中即可。然后,你就可以包含它们:
复制代码
#include<iostream> #include"simdjson.h" #include"simdjson.cpp" intmain(intargc,char*argv[]){ constchar* filename = argv[1]; std::string_view p = get_corpus(filename); ParsedJson pj = build_parsed_json(p);// do the parsing if( ! pj.isValid() ) { std::cout<<"not valid"<<std::endl; }else{ std::cout<<"valid"<<std::endl; } returnEXIT_SUCCESS; }
注意:在某些环境中,可能需要预编译 simdjson.cpp,而不是包含它。
在 Linux 或 macOS 等平台上使用旧版 Makefile
要求:最近的 clang(或 gcc)和 make。我们建议至少使用 GNU GCC/G ++ 7 或 LLVM clang 6,Linux 或 macOS 系统。
测试:
复制代码
make maketest
运行基准测试:
复制代码
makeparse ./parsejsonexamples/twitter.json
在 Linux 上,parse 命令提供了性能计数器的详细分析。
运行其他作为比较的基准测试(使用其他解析器):
复制代码
makebenchmark
使用 Linux 或 macOS 等平台上的 CMake
要求:需要最新版本的 cmake,在 macOS 上,安装 cmake 的最简单方法可能是使用 brew。
复制代码
brewinstallcmake
你需要一个像 clang 或 gcc 这样的新版编译器。我们建议至少使用 GNU GCC/G ++ 7 或 LLVM clang 6。例如,你可以使用 brew 安装最新的编译器:
复制代码
brew installgcc@8
可选:你需要通过设置 CC 和 CXX 变量告诉 cmake 你希望使用哪个编译器。在 bash 中,你可以使用 export CC = gcc-7 和 export CXX = g+±7 等命令。
构建:在项目代码库中执行以下命令:
复制代码
mkdirbuild cdbuild cmake.. make maketest
CMake 将会构建出一个库。默认情况下,它构建的是一个共享库(例如, Linux 上的 libsimdjson.so )。
你可以构建一个静态库:
复制代码
mkdirbuildstatic cdbuildstatic cmake-DSIMDJSON_BUILD_STATIC=ON .. make maketest
在某些情况下,你可能希望指定编译器,尤其是当系统默认编译器太旧的情况下。你可以按以下步骤操作:
复制代码
brew install gcc@8 mkdir build cd build exportCXX=g++-8CC=gcc-8 cmake.. make make test
通过 Visual Studio 在 Windows 上使用 CMake
我们假设你拥有一台至少装有 Visual Studio 2017 的普通 Windows PC,并支持 AVX2 的 x64 处理器(2013 Haswell 或更高版本)。
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从 GitHub 获取 simdjson 代码,例如,使用 GitHub Desktop 克隆它。
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安装 CMake。在安装时,请确保可以从命令行使用 cmake。请选择最新版本的 cmake。
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在 simdjson 中创建一个子目录,例如 VisualStudio。
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在 shell 中转到这个新创建的目录。
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在 shell 中键入 cmake -DCMAKE_GENERATOR_PLATFORM=x64 …(或者,如果要构建 DLL,可以使用命令行 cmake -DCMAKE_GENERATOR_PLATFORM=x64 -DSIMDJSON_BUILD_STATIC=OFF …)。
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最后一个命令在新创建的目录(例如 simdjson.sln)中创建了一个 Visual Studio 解决方案文件。在 Visual Studio 中打开这个文件。你现在应该能够构建项目并运行测试。例如,在“Solution Explorer”窗口中,右键单击“ALL_BUILD”,并选择“Build”。要测试代码,仍然在 Solution Explorer 窗口中,选择 RUN_TESTS,再选择 Build。
工具
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json2json mydoc.json 解析文档,构造模型,然后将结果输出到标准输出。
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json2json -d mydoc.json 解析文档,构造模型,然后将模型输出到标准输出。格式在随附的文件 tape.md 中有描述。
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minify mydoc.json 缩小 JSON 文档,将结果输出到标准输出。缩小意味着删除不必要的空格。
范围
我们提供了一个非常快的解析器。它根据各种规格对输入进行完全的验证。解析器会构建一个不可变(只读)的 DOM(文档对象模型),供后续访问。
为了简化工程,我们做了一些假设。
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支持 UTF-8(以及 ASCII),没有别的(没有 Latin,没有 UTF-16)。我们不认为这是一个真正的限制,因为我们不认为会有哪个严肃的应用程序需要在没有 ASCII 或 UTF-8 编码的情况下处理 JSON 数据。
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我们将字符串存储为以 NULL 作为终止符的 C 字符串。因此,我们假设字符串中不包含 NULL 字符。
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我们假设支持 AVX2,这在 AMD 和英特尔生产的所有最新主流 x86 处理器中都可用。不支持非 x86 处理器,尽管我们可以支持。我们计划支持 ARM 处理器。
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如果发生故障,我们只会报告故障,而不会指出问题的性质。
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在规范允许的情况下,我们允许对象内存在重复的 key。
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性能针对跨越几千字节到几兆字节的 JSON 文档进行了优化:解析很多小型 JSON 文档和一个大 JSON 文档的性能问题是不一样的。
我们的目标不是要提供通用的 JSON 库。像 RapidJSON 这样的库不仅提供了解析功能,它还可以用来生成 JSON,并提供了各种其他方便的功能。我们只解析文档。
特性
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不需改输入的字符串。(像 sajson 和 RapidJSON 这样的解析器使用输入字符串作为缓冲区。)
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将整数和浮点数解析为单独的类型,这样可以支持 [-9223372036854775808,9223372036854775808] 区间的 64 位整数,就像 Java 的 long 或 C/C++ 的 long long。在区分整数和浮点数的解析器中,并非所有解析器都支持 64 位整数。(例如,sajson 不支持包含大于或等于 2147483648 整数的 JSON 文件。FreeJSON 将长整数解析为浮点数。)当我们无法将整数表示为带符号的 64 位值时,我们就拒绝解析 JSON 文档。
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在解析过程中进行完整的 UTF-8 验证。(像 fastjson、gason 和 dropbox json11 这样的解析器不会进行 UTF-8 验证。)
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完全验证数字。(像 gason 和 ultranjson 这样的解析器会接受 [0e+] 这样的数字。)
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验证字符串内容中的未转义字符。(像 fastjson 和 ultrajson 这样的解析器接受字符串中未转义的换行符和制表符。)
架构
解析器分三个阶段:
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阶段 1,(查找标记)快速标识结构元素、字符串等。我们在这个阶段验证 UTF-8 编码。
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阶段 2,(结构构建)构建 排序 的“树”(物化为磁带),以方便访问数据。我们在这个阶段解析字符串和数字。
访问已解析的文档
以下是将解析后的 JSON 转储回字符串的代码示例:
复制代码
ParsedJson::iteratorpjh(pj); if(!pjh.isOk()) { std::cerr<<" Could not iterate parsed result. "<<std::endl; returnEXIT_FAILURE; } compute_dump(pj); // // where compute_dump is : voidcompute_dump(ParsedJson::iterator &pjh){ if(pjh.is_object()) { std::cout<<"{"; if(pjh.down()) { pjh.print(std::cout);// must be a string std::cout<<":"; pjh.next(); compute_dump(pjh);// let us recurse while(pjh.next()) { std::cout<<","; pjh.print(std::cout); std::cout<<":"; pjh.next(); compute_dump(pjh);// let us recurse } pjh.up(); } std::cout<<"}"; }elseif(pjh.is_array()) { std::cout<<"["; if(pjh.down()) { compute_dump(pjh);// let us recurse while(pjh.next()) { std::cout<<","; compute_dump(pjh);// let us recurse } pjh.up(); } std::cout<<"]"; }else{ pjh.print(std::cout);// just print the lone value } }
下面的函数将找出所有的 user.id 整数:
复制代码
void simdjson_traverse(std::vector<int64_t> &answer, ParsedJson::iterator&i){ switch (i.get_type()) { case'{': if(i.down()) { do{ boolfounduser = equals(i.get_string(),"user"); i.next();// move to value if(i.is_object()) { if(founduser&&i.move_to_key("id")) { if(i.is_integer()) { answer.push_back(i.get_integer()); } i.up(); } simdjson_traverse(answer,i); }elseif(i.is_array()) { simdjson_traverse(answer,i); } }while(i.next()); i.up(); } break; case'[': if(i.down()) { do{ if(i.is_object_or_array()) { simdjson_traverse(answer,i); } }while(i.next()); i.up(); } break; case'l': case'd': case'n': case't': case'f': default: break; } }
深度比较
如果你想了解各种解析器如何验证给定的 JSON 文件:
复制代码
make allparserscheckfile ./allparserscheckfile myfile.json
性能比较:
复制代码
make parsingcompetition ./parsingcompetition myfile.json
更广泛的比较:
复制代码
make allparsingcompetition ./allparsingcompetition myfile.json
英文原文: https://github.com/lemire/simdjson
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