Java性能優化中如何進行壓縮

Java性能優化中如何進行壓縮，相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

 壓縮

在微服務調用，如果需要傳入的內容過長，壓縮是個不錯的辦法，能提高傳輸的速度。壓縮有很多方法，一種方法是在傳輸對象的屬性名字上做調整，盡量減少傳輸報文大小，這比較適合傳輸的是JSON或者XML，比如

public class OrderRequest{
  private String orderId;
  private String userId;

}

如果使用JSON傳輸，內容是

{"orderId":xxx,"userId":yyyyy}

可以調整為

public class OrderRequest{
  private String oid;
  private String uid;
}

使用JSON傳輸 {"oid":xxx,"uid":yyyyy}，這種調整，顯然傳輸報文大小體積小一點。也可以對傳輸對象的一些字段做合并，比如“訂單狀態“，"用戶狀態"，"測試訂單"合并成一個int類型，通過“位“來區分狀態

public class OrderRequest{
  //用戶狀態
  private int userStatus;
  //訂單狀態
  private int orderStatus;
  //測試訂單
  private int testFlag
}

改成如下，需要通過位運算獲取訂單的各個狀態

public class OrderRequest {
	/**
	 * 0位表示是否測試訂單，1-4位節表示用戶狀態，5-8位表示訂單狀態
	 */
	int s;

  public boolean isTest(){
		//取出第1位的值
		return (status&0b1)==1;
	}

	public int getUserStatus(){
		// 右移1，取出1-4位的值
		return (status>>1&0b1111);
	}

	public int getOrderStatus(){
		//右移5，取出5-8位的值
		return (status>>5&0b1111);
	}
}

這樣，OrderRequest本來需要3個int類型，總計12個字節來保存的訂單狀態，現在只需要4個字節保存即可。如果有更多的狀態，也可以用s值的剩下的位來表示。比如，訂單新增一個狀態表示是否是包含大件，可以用第9位表示

public boolean isLargeProduct(){
   return (status>>9&0b1)==1;
}

如果s值是0b1_0100_0110_1（對應的10進制653），那么isTest返回true，getUerStatus返回6，getOrderStatus返回4，isLargeProduct返回true

還有一種壓縮方法是在傳輸協議上進行壓縮，比如JSON就比XML更加節省，使用MessagePack又比JSON更加節省空間，關于MessagePack用法，會在第5章用一節詳細介紹。

在傳輸內容過多的時候，可以考慮對內容進行壓縮，對內容進行壓縮再傳送有如下好處

• 壓縮后減少網絡傳送的字節，節約了帶寬，網絡可以同時傳送的內容更多了

• 相比于壓縮耗時，網絡傳送更加耗時。尤其是現在的分布式系統，服務器非常便宜，可以無限擴展，從數十臺服務器到數萬臺服務都可以，然而帶寬有限且價格不菲，有些企業專網帶寬只有1M，非常小。

壓縮有各種算法，會輸出不同的壓縮比的內容，以及壓縮耗時也不一樣，本節選取zip，針對5K,20K,100k的做一個性能測試。一般來說，壓縮比越大，越耗時。在實際分布式系統調用，需要根據業務需求，確定采用什么樣的壓縮算法。

壓縮會使用JDK自帶的zip包中的Deflater類進行壓縮，提供了最快壓縮BEST_SPEED（值是1）,最大壓縮比BEST_COMPRESSION（值是9），還有默認壓縮DEFAULT_COMPRESSION（值是-1）

//ZipUtil.java
public static byte[] zip(byte[] bs) throws IOException {
  return compress(bs,DEFAULT_COMPRESSION);
}
public static byte[] compress(byte[] input, int compressionLevel
			) throws IOException {
		//zip壓縮
		Deflater compressor = new Deflater(compressionLevel, false);
		//壓縮內容
		compressor.setInput(input
		//壓縮結束
		compressor.finish();
		//獲取壓縮內容
		ByteArrayOutputStream bao = new ByteArrayOutputStream();
		//一個緩沖
		byte[] readBuffer = new byte[1024];
		int readCount = 0;
		//如果壓縮內容，則循環
		while (!compressor.finished()) {
			readCount = compressor.deflate(readBuffer);
			if (readCount > 0) {
				bao.write(readBuffer, 0, readCount);
			}
		}

		compressor.end();
		return bao.toByteArray();
	}

可以測試一個100k報文，對于三種壓縮比，有如下數據，說明ZIP的默認壓縮級別已經足夠好 DEFAULT_COMPRESSION 壓縮后是34.8K BEST_SPEED 壓縮是39K BEST_COMPRESSION 壓縮后是34.7K

為了測試壓縮性能，通過Content工具類分別生成5K，20K，100K報文供測試，并且分別測試默認壓縮，最快壓縮和最好壓縮。

// ZipTest.java
byte[] k5 = null;
byte[] k20 = null;
byte[] k100 = null;
//默認，最快，最好壓縮
@Param({"-1", "1", "9"})
int level;

@Setup
public void init() {
  Content content = new Content();
  this.k5 = content.genContentBySize(1000 * 5);
  this.k20 = content.genContentBySize(1000 * 20);
  this.k100 = content.genContentBySize(1000 * 100);
}


@Benchmark
public byte[] k5() throws IOException {
  return ZipUtil.compress(k5, level);
}

@Benchmark
public byte[] k20() throws IOException {
  return ZipUtil.compress(k20, level);
}

@Benchmark
public byte[] k100() throws IOException {
  return ZipUtil.compress(k100, level);
}

JMH測試結果如下。可以看到即使20K報文內容，壓縮的速度還是非常快的。在不到1毫秒。100K報文，則需要較長時間，默認壓縮（-1）需要4毫秒左右。

Benchmark               (level)    Score  Score error  Units    
c.i.c.c.ZipTest.k100         -1    4.467        0.233  ms/op    
c.i.c.c.ZipTest.k100          1    1.773        0.097  ms/op    
c.i.c.c.ZipTest.k100          9    5.028        0.152  ms/op    
c.i.c.c.ZipTest.k20          -1    0.571        0.016  ms/op    
c.i.c.c.ZipTest.k20           1    0.310        0.010  ms/op    
c.i.c.c.ZipTest.k20           9    0.592        0.023  ms/op    
c.i.c.c.ZipTest.k5           -1    0.157        0.008  ms/op    
c.i.c.c.ZipTest.k5            1    0.112        0.005  ms/op    
c.i.c.c.ZipTest.k5            9    0.151        0.003  ms/op

這個測試選用的是一篇文章作為壓縮內容，你需要根據你的業務情況，用真實的報文來做壓縮測試，事實上，如果是XML或者JSON報文，有著非常大的壓縮比。

本節選擇了zip壓縮方式，還有其他可選方式，比如gzip，bzip2,7z等等，可以使用開源庫Apache Commons Compress進行壓縮，在筆者測試后，發現zip還是一種壓縮比和性能都比較好的方式。7z具有最大的壓縮比，但壓縮時長超過百毫秒，在實時的業務系統中是不可接受的。

對于解壓來說，無論采用何種壓縮方式，何種壓縮級別，解壓需要的時間都是非常少的。

看完上述內容，你們掌握Java性能優化中如何進行壓縮的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！