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从 OOM 到 O(1)：OpenResty 流式 JSON 解析器的实现之道

章亦春发布于 Apr 2, 2025 更新于 Apr 3, 2025

预计阅读 4 分钟

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在大数据处理领域，效率与资源利用始终是工程师们面临的核心挑战。近期，我们团队发现一个内部使用的数据格式转换工具在处理 GB 级别的 JSON 输入文件时，出现了严重的内存占用问题，频繁触发 OOM（Out Of Memory）错误。这类大型 JSON 文件并非 JSONL 格式，而是整个文件作为单个超大对象或超大数组存在，给传统解析方式带来了巨大挑战。

JSONL 格式与传统 JSON 的区别

JSONL（JSON Lines）格式已经成为一种常见的解决方案。JSONL 将每条 JSON 数据单独放在一行，每行之间相互独立，这使得处理大型数据集时可以逐行读取和处理，无需将整个文件加载到内存中。然而，现实世界中的数据并不总是以这种理想格式存在。我们面临的恰恰是那些非 JSONL 格式的超大 JSON 文件，它们作为单一的、不可分割的数据结构存在，传统的解析方法在处理时必须将整个结构加载到内存中，这正是导致 OOM 问题的根本原因。

解决方案

面对这一技术难题，我们采取了轻量级但高效的解决方案。通过仅仅 200 多行代码，我们从零实现了一个全新的流式 JSON 解析器。

虽然市场上已有成熟的流式 JSON 解析工具，如 YAJL 等，但自主开发给我们带来了更大的灵活性和针对性优化空间。这种“从零开始”的方法看似简单，却能精准解决我们的特定问题。

最关键的技术突破在于，新实现的解析器将空间复杂度降至接近 O(1)，这意味着无论输入的 JSON 文件多大，内存占用都保持在一个相对恒定的水平。这对于处理超大规模数据而言，是一个质的飞跃。

技术验证

为确保解析器的稳定性和正确性，我们设计了严格的自动化测试流程。测试中，我们刻意使用了极小的内存缓存冲区（分别为单字节、双字节和三字节），对各种规模的真实 JSON 输入进行了极限测试。

测试结果令人满意：所有情况下，解析器都能正确处理输入数据，且反向转换出的 JSON 与原始 JSON 完全一致。这证明了我们的实现不仅节省内存，还保持了数据完整性。

持续优化

虽然当前实现已经解决了内存占用问题，但脚本实现在 CPU 效率方面仍有提升空间。为此，我们已委托加拿大团队的工程师将现有实现转换为 C++ 版本，以进一步提升处理速度。

未来，如果在性能方面出现新的瓶颈，我们可以依托 OpenResty XRay 动态追踪平台进行深入分析。这一平台能够精确定位系统中的性能热点，为持续优化提供数据支持。

技术启示

这次优化实践再次证明，有时候简单而精巧的解决方案比复杂的架构更有效。200 多行代码解决了 GB 级数据处理的内存瓶颈，体现了 OpenResty 一贯倡导的工程哲学：简洁高效，精准解决问题。

除了 OpenResty XRay，OpenResty Inc. 还提供了全面的私有库服务，覆盖各行各业的技术需求。这些私有库在性能优化、安全防护和数据处理方面都具有显著优势，能够帮助企业快速构建高性能、高可靠性的应用系统。无论是金融、电商还是传媒行业，OpenResty Inc. 的私有库都能提供量身定制的解决方案，满足不同场景下的特定需求。

我们的技术团队将继续致力于开发和完善 XRay 工具套件及私有库服务，帮助开发者和企业发现并解决各类性能瓶颈。我们相信，通过精确的性能分析和针对性优化，许多看似无法改进的性能问题都能得到突破性解决。

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关于 OpenResty XRay

OpenResty XRay 是一个动态追踪产品，它可以自动分析运行中的应用，以解决性能问题、行为问题和安全漏洞，并提供可行的建议。在底层实现上，OpenResty XRay 由我们的 Y 语言驱动，可以在不同环境下支持多种不同的运行时，如 Stap+、eBPF+、GDB 和 ODB。

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关于作者

章亦春是开源 OpenResty^® 项目创始人兼 OpenResty Inc. 公司 CEO 和创始人。

章亦春（Github ID: agentzh），生于中国江苏，现定居美国湾区。他是中国早期开源技术和文化的倡导者和领军人物，曾供职于多家国际知名的高科技企业，如 Cloudflare、雅虎、阿里巴巴，是 “边缘计算 “、” 动态追踪 “和 “机器编程 “的先驱，拥有超过 22 年的编程及 16 年的开源经验。作为拥有超过 4000 万全球域名用户的开源项目的领导者。他基于其 OpenResty^® 开源项目打造的高科技企业 OpenResty Inc. 位于美国硅谷中心。其主打的两个产品 OpenResty XRay（利用动态追踪技术的非侵入式的故障剖析和排除工具）和 OpenResty Edge（最适合微服务和分布式流量的全能型网关软件），广受全球众多上市及大型企业青睐。在 OpenResty 以外，章亦春为多个开源项目贡献了累计超过百万行代码，其中包括，Linux 内核、Nginx、LuaJIT、GDB、SystemTap、LLVM、Perl 等，并编写过 60 多个开源软件库。