干货总结｜快速构造String对象及访问其内部成员的技巧（）

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　　JDKUtils：https://github.com/alibaba/fastjson2/blob/fastcode_demo_20221218/core/src/main/java/com/alibaba/fastjson2/util/JDKUtils.java

　　UnsafeUtils：https://github.com/alibaba/fastjson2/blob/fastcode_demo_20221218/core/src/main/java/com/alibaba/fastjson2/util/UnsafeUtils.java

　　
JDK9之后，通过byte[]来保存value，通过code字段区分是LATIN1或者UTF16。大多数的字符串都是LATIN1。针对这种情况，我们构造字符串或者对字符串进行编码为二进制时，针对性做ZeroCopy的实现，可以获得极致的性能。

　　
JDK 8之后提供sun.Unsafe可以做一些原生的操作，性能更好，不安全，错误的调用会导致JVM Crash。如果用对了，能提升性能。Unsafe能帮你绕过任何限制。

　　public class UnsafeUtils {

　　 public static final Unsafe UNSAFE;

　　 static {

　　 Unsafe unsafe = null;

　　 try {

　　 Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");

　　 theUnsafeField.setAccessible(true);

　　 unsafe = (Unsafe) theUnsafeField.get(null);

　　 } catch (Throwable ignored) {

　　 // ignored

　　 UNSAFE = unsafe;

　　}

　　
JDK 8开始支持Lambda，为了方便将一个Method映射为一个Lambda Function，避免反射开销。java.invoke.LambdaMetafactory可以实现这一功能，但这个也受限于可见性的限制，也就是说不能调用私有方法。有一个技巧，结合Unsafe，可以在不同版本的JDK都能构造一个Trusted MethodHandles.Lookup来绕开可见性的限制，调用任何JDK内部方法。如下：

　　import static com.alibaba.fastjson2.util.UnsafeUtils.UNSAFE;

　　static final MethodHandles.Lookup IMPL_LOOKUP;

　　static {

　　 Class lookupClass = MethodHandles.Lookup.class;

　　 Field implLookup = lookupClass.getDeclaredField("IMPL_LOOKUP");

　　 long fieldOffset = UNSAFE.staticFieldOffset(implLookup);

　　 IMPL_LOOKUP = (MethodHandles.Lookup) UNSAFE.getObject(lookupClass, fieldOffset);

　　static MethodHandles.Lookup trustedLookup(Class objectClass) throws Exception {

　　 return IMPL_LOOKUP.in(objectClass);

　　}

　　注意：在IBM OpenJ9 JDK 8/11版本上面的实现受到可见性限制，需要做额外处理，参考FASTJSON2 JDKUtils#trustedLookup的代码：

　　https://github.com/alibaba/fastjson2/blob/fastcode_demo_20221218/core/src/main/java/com/alibaba/fastjson2/util/JDKUtils.java#L254

　　
快速构造字符串的关键是要做减少拷贝，甚至零拷贝，在JDK 8、JDK 9~15、JDK 16及之后的版本的实现都不一样。

　　在JDK8中，实现零拷贝构造String对象，需要调用其构造函数String(char[], boolean)，比如：

　　BiFunction char[], Boolean, String stringCreatorJDK8

　　 = (char[] value, boolean share) - new String(chars, boolean);

　　由于String(char[], boolean)方法不是public的，上面的代码会报错，要通过反射构造一个TRUSTED的MethodHandles.Lookup，然调用String的内部方法，映射成一个BiFunction char[], Boolean, String ，代码如下：

import com.alibaba.fastjson2.util.JDKUtils;

　　import java.util.function.BiFunction;

　　import java.lang.invoke.MethodHandles;

　　import static java.lang.invoke.MethodType.methodType;

　　MethodHandles.Lookup caller = JDKUtils.trustedLookup(String.class);

　　MethodHandle handle = caller.findConstructor(

　　 String.class,

　　 methodType(void.class, char[].class, boolean.class)

　　CallSite callSite = LambdaMetafactory.metafactory(

　　 caller,

　　 "apply",

　　 methodType(BiFunction.class),

　　 methodType(Object.class, Object.class, Object.class),

　　 handle,

　　 methodType(String.class, char[].class, boolean.class)

　　BiFunction char[], Boolean, String STRING_CREATOR_JDK8

　　 = (BiFunction char[], Boolean, String )

　　 callSite.getTarget().invokeExact();

　　
BiFunction byte[], Byte, String STRING_CREATOR_JDK11

　　 = (byte[] value, byte coder) - new String(value, coder);

　　同样，JDK 9中的String(byte[], byte)方法不是public，无法直接调用，上面的代码会报错，要构造一个TRUSTED MethodHandles.Lookup方法调用String内部方法，如下：

　　import com.alibaba.fastjson2.util.JDKUtils;

　　import static java.lang.invoke.MethodType.methodType;

　　MethodHandles.Lookup caller = JDKUtils.trustedLookup(String.class);

　　MethodHandle handle = caller.findConstructor(

　　 String.class,

　　 methodType(void.class, byte[].class, byte.class)

　　CallSite callSite = LambdaMetafactory.metafactory(

　　 caller,

　　 "apply",

　　 methodType(BiFunction.class),

　　 methodType(Object.class, Object.class, Object.class),

　　 handle,

　　 methodType(String.class, byte[].class, Byte.class)

　　BiFunction byte[], Byte, String STRING_CREATOR_JDK11

　　 = (BiFunction byte[], Byte, String )

　　 callSite.getTarget().invokeExact();

　　注意：当用户配置JVM参数-XX:-CompactStrings时，上述方法无效。

stiatic BiFunction char[], Boolean, String STRING_CREATOR_JDK8 = ...

　　static BiFunction byte[], Byte, String STRING_CREATOR_JDK11 = ...

　　static String formatYYYYMMDD(LocalDate date) {

　　 int year = date.getYear();

　　 int month = date.getMonthValue();

　　 int dayOfMonth = date.getDayOfMonth();

　　 int y0 = year / 1000 + 0;

　　 int y1 = (year / 100) % 10 + 0;

　　 int y2 = (year / 10) % 10 + 0;

　　 int y3 = year % 10 + 0;

　　 int m0 = month / 10 + 0;

　　 int m1 = month % 10 + 0;

　　 int d0 = dayOfMonth / 10 + 0;

　　 int d1 = dayOfMonth % 10 + 0;

　　 String str;

　　 if (STRING_CREATOR_JDK11 != null) {

　　 byte[] bytes = new byte[10];

　　 bytes[0] = (byte) y0;

　　 bytes[1] = (byte) y1;

　　 bytes[2] = (byte) y2;

　　 bytes[3] = (byte) y3;

　　 bytes[4] = -;

　　 bytes[5] = (byte) m0;

　　 bytes[6] = (byte) m1;

　　 bytes[7] = -;

　　 bytes[8] = (byte) d0;

　　 bytes[9] = (byte) d1;

　　 str = STRING_CREATOR_JDK11.apply(bytes, JDKUtils.LATIN1);

　　 } else {

　　 char[] chars = new char[10];

　　 chars[0] = (char) y1;

　　 chars[1] = (char) y2;

　　 chars[2] = (char) y3;

　　 chars[3] = (char) y4;

　　 chars[4] = -;

　　 chars[5] = (char) m0;

　　 chars[6] = (char) m1;

　　 chars[7] = -;

　　 chars[8] = (char) d0;

　　 chars[9] = (char) d1;

　　 if (STRING_CREATOR_JDK8 != null) {

　　 str = STRING_CREATOR_JDK8.apply(chars, Boolean.TRUE);

　　 } else {

　　 str = new String(chars);

　　 return str;

　　}

　　上面的例子中，根据JDK版本，在JDK 8中直接创建char[]，JDK 9中直接创建byte[]，然后通过零拷贝的方式构造字符串对象，这样就实现了快速格式化LocalDate到String，这样的实现远比使用SimpleDateFormat/java.time.DateTimeFormat等实现要快得多。

static final Field FIELD_STRING_VALUE;

　　static final long FIELD_STRING_VALUE_OFFSET;

　　static {

　　 Field field = null;

　　 long fieldOffset = -1;

　　 try {

　　 field = String.class.getDeclaredField("value");

　　 fieldOffset = UnsafeUtils.objectFieldOffset(field);

　　 } catch (Exception ignored) {

　　 FIELD_STRING_ERROR = true;

　　 FIELD_STRING_VALUE = field;

　　 FIELD_STRING_VALUE_OFFSET = fieldOffset;

　　public static char[] getCharArray(String str) {

　　 if (!FIELD_STRING_ERROR) {

　　 try {

　　 return (char[]) UnsafeUtils.UNSAFE.getObject(

　　 str,

　　 FIELD_STRING_VALUE_OFFSET

　　 } catch (Exception ignored) {

　　 FIELD_STRING_ERROR = true;

　　 return str.toCharArray();

　　}

　　
ToIntFunction String stringCoder = (String str) - str.coder();

　　Function String, byte[] stringValue = (String str) - str.value();

　　但由于String.coder和value方法不是public可见的，和上面的4.2类似，要通过TRUSTED MethodHandles.Lookup构造，如下：

import com.alibaba.fastjson2.util.JDKUtils;

　　import static java.lang.invoke.MethodType.methodType;

　　MethodHandles.Lookup lookup = JDKUtils.trustedLookup(String.class);

　　MethodHandle coder = lookup.findSpecial(

　　 String.class,

　　 "coder",

　　 methodType(byte.class),

　　 String.class

　　CallSite applyAsInt = LambdaMetafactory.metafactory(

　　 lookup,

　　 "applyAsInt",

　　 methodType(ToIntFunction.class),

　　 methodType(int.class, Object.class),

　　 coder,

　　 MethodType.methodType(byte.class, String.class)

　　ToIntFunction String STRING_CODER

　　 = (ToIntFunction String ) applyAsInt.getTarget().invokeExact();

　　MethodHandle value = lookup.findSpecial(

　　 String.class,

　　 "value",

　　 methodType(byte[].class),

　　 String.class

　　CallSite apply = LambdaMetafactory.metafactory(

　　 lookup,

　　 "apply",

　　 methodType(Function.class),

　　 methodType(Object.class, Object.class),

　　 value,

　　 methodType(byte[].class, String.class)

　　Function String, byte[] STRING_VALUE

　　 = (Function String, byte[] ) apply.getTarget().invokeExact();

　　
static ToIntFunction String STRING_CODER = ...

　　static Function String, byte[] STRING_VALUE ...

　　byte[] buf = ...;

　　int off;

　　void writeString(string str) {

　　 if (STRING_CODER != null STRING_VALUE != null) {

　　 // improved for JDK 9 LATIN1

　　 int coder = stringCoder.apply(str);

　　 if (coder == LATIN1) {

　　 // str.getBytes(0, str.length, buf, off);

　　 byte[] value = STRING_VALUE.apply(str);

　　 System.arrayCopy(value, 0, buf, off, value.length);

　　 return;

　　 // normal logic

　　}

　　
String有一个Deprecated的getBytes方法，当有非LATIN字符时，结果不对。但当在coder为LATIN1时，可用于直接拷贝其中value，

　　class String {

　　 @Deprecated

　　 public void getBytes(int srcBegin, int srcEnd, byte dst[], int dstBegin) {

　　 int j = dstBegin;

　　 int n = srcEnd;

　　 int i = srcBegin;

　　 char[] val = value; /* avoid getfield opcode */

　　 while (i n) {

　　 dst[j++] = (byte)val[i++];

　　}

　　
参考实现：

　　FASTJSON2项目使用了上面的技巧，其中JDKUtils和UnsafeUtils有上面技巧的实现：

　　
JDKUtils：https://github.com/alibaba/fastjson2/blob/fastcode_demo_20221218/core/src/main/java/com/alibaba/fastjson2/util/JDKUtils.java

　　
UnsafeUtils：https://github.com/alibaba/fastjson2/blob/fastcode_demo_20221218/core/src/main/java/com/alibaba/fastjson2/util/UnsafeUtils.java

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